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DE102018129969A1 - Sensor membrane, membrane cap and optochemical sensor - Google Patents

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DE102018129969A1
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DE
Germany
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sensor
sensor membrane
membrane
optically detectable
detectable substance
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Application number
DE102018129969.9A
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German (de)
Inventor
Andreas Löbbert
Michael Hanko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to US16/695,684 priority patent/US20200166474A1/en
Priority to CN201911171468.6A priority patent/CN111220580A/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensormembran (3) für einen optochemischen Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfassend:- eine Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und- eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene, optisch detektierbare Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) umfasst.Die Erfindung betrifft weiter eine Membrankappe mit einer derartigen Sensormembran und einen optochemischen Sensor.The invention relates to a sensor membrane (3) for an optochemical sensor (1, 10) for determining a measurement variable that correlates with a concentration of an analyte in a measurement fluid, comprising: - a functional layer (23) which has a first polymer matrix which contains a luminescent dye (24) is doped, the emissivity of which can be changed by the analyte after excitation with electromagnetic radiation; and a second polymer matrix in which the functional layer (23) is at least partially encapsulated and which is permeable to the analyte at least in a partial area facing the measuring fluid and adjacent to the functional layer (23); characterized in that the sensor membrane (3) comprises an optically detectable substance (27) different from the luminescent dye (24) for identifying the sensor membrane (3). The invention further relates to a membrane cap with such a sensor membrane and an optochemical sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße.The invention relates to an optochemical sensor for determining a measurement variable correlating with a concentration of an analyte in a measurement fluid.

Optochemische Sensoren zum Messen der Konzentration oder des Partialdrucks von bestimmten Substanzen, sogenannten Analyten, in Messmedien beruhen auf dem Prinzip der analytinduzierten Löschung der Lumineszenz (Lumineszenzquenching) einer lumineszierenden, z.B. fluoreszierenden oder phosphoreszierenden, Substanz, im Folgenden auch als Lumineszenzfarbstoff bezeichnet. Diese Substanz kann beispielsweise ein organischer Farbstoff sein. Beispiele für Lumineszenz sind Fluoreszenz und Phosphoreszenz.Optochemical sensors for measuring the concentration or the partial pressure of certain substances, so-called analytes, in measurement media are based on the principle of the analysis-induced quenching of the luminescence (luminescence quenching) of a luminescent, e.g. fluorescent or phosphorescent substance, hereinafter also referred to as luminescent dye. This substance can be an organic dye, for example. Examples of luminescence are fluorescence and phosphorescence.

Häufig weisen optochemische Sensoren eine den Lumineszenzfarbstoff enthaltende Membran auf, die häufig aus einem oder mehreren Polymermaterialien gebildet ist. Zur Messung wird die Membran mit dem Messmedium in Kontakt gebracht, so dass der Analyt in die Membran eindringen und mit dem Lumineszenzfarbstoff wechselwirken kann. Solche Membranen können ein Schichtsystem umfassen, wobei einzelne Schichten des Schichtsystems jeweils eine spezielle, von den anderen Schichten verschiedene, chemische Zusammensetzung und entsprechend spezielle Eigenschaften aufweisen. So können Schichten vorgesehen sein, die eine Selektivität des Sensors bewirken, indem sie selektiv eine Diffusion des Analyten hin zu tieferen Schichten des Schichtpakets erlauben. Andere Schichten können den Lumineszenzfarbstoff enthalten. Weitere Schichten können eine mechanische oder chemische Stabilisierung des Schichtpakets bewirken oder dazu ausgestaltet sein, Umgebungslicht zu absorbieren, das die Messung stören würde. Solche Schichten, deren Eigenschaften einen Einfluss auf die Funktion des Sensors haben, werden auch als Funktionsschichten der Membran bezeichnet. Zur Stabilisierung können Membranen optochemischer Sensoren ein Substrat umfassen, auf dem weiteren Schichten der Membran durch physikalische oder chemische Verfahren aufgebracht und angebunden sind.Often, optochemical sensors have a membrane containing the luminescent dye, which is often formed from one or more polymer materials. For the measurement, the membrane is brought into contact with the measuring medium so that the analyte can penetrate the membrane and interact with the luminescent dye. Such membranes can comprise a layer system, with individual layers of the layer system each having a special chemical composition, different from the other layers, and correspondingly special properties. Layers can thus be provided which bring about a selectivity of the sensor by selectively permitting diffusion of the analyte to deeper layers of the layer package. Other layers can contain the luminescent dye. Additional layers can bring about a mechanical or chemical stabilization of the layer package or can be designed to absorb ambient light that would interfere with the measurement. Such layers, the properties of which influence the function of the sensor, are also referred to as functional layers of the membrane. For stabilization, membranes of optochemical sensors can comprise a substrate on which further layers of the membrane are applied and bound by physical or chemical methods.

Über ihre Betriebszeit sind derartige Sensormembranen einer Alterung ausgesetzt, die zu einer allmählichen Verschlechterung der Sensoreigenschaften, z.B. einer Sensordrift, führen kann. So können beispielsweise in den Funktionsschichten vorhandene Substanzen degradieren und/oder aus der Membran in Kontakt mit dem Messmedium ausgetragen oder ausgewaschen werden. Dies betrifft insbesondere den Lumineszenzfarbstoff. Eine Verringerung der Konzentration des Lumineszenzfarbstoffes in der Sensormembran kann zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des optochemischen Sensors und ggfs. auch zu stark fehlerbehafteten Messergebnissen führen. Die selbst bei moderaten Einsatzbedingungen unvermeidbare Alterung der Sensormembranen wird durch extreme Einsatzbedingungen, z.B. durch Sterilisationsprozesse oder Kontakt mit aggressiven Medien, wie starken Säuren oder Laugen, verstärkt. Unter solchen Bedingungen kann es innerhalb kurzer Zeit, d.h. auch bereits nach wenigen Messungen, zu einer Schädigung der Sensormembran kommen, die so stark ist, dass der Sensor zum weiteren Einsatz nicht mehr geeignet erscheint. Eine solche Beschädigung kann beispielsweise im Ablösen einzelner Schichten der Sensormembran bestehen.Over their operating time, such sensor membranes are subject to aging, which leads to a gradual deterioration in the sensor properties, e.g. a sensor drift. For example, substances present in the functional layers can degrade and / or be discharged or washed out of the membrane in contact with the measuring medium. This applies in particular to the luminescent dye. A reduction in the concentration of the luminescent dye in the sensor membrane can lead to a reduction in the sensitivity of the optochemical sensor and, if appropriate, also to measurement results which are highly erroneous. The inevitable aging of the sensor membranes, even under moderate operating conditions, is caused by extreme operating conditions, e.g. through sterilization processes or contact with aggressive media such as strong acids or alkalis. Under such conditions, within a short time, i.e. Even after just a few measurements, the sensor membrane is damaged to such an extent that the sensor no longer appears suitable for further use. Such damage can consist, for example, of detaching individual layers of the sensor membrane.

Aus DE 10 2014 112 972 A1 ist ein optochemischer Sensor bekannt, der seine Funktionsfähigkeit auch unter rauen Umgebungsbedingungen, z.B. bei regelmäßiger Sterilisierung der Sensormembran oder regelmäßigen Reinigungsprozessen mit heißer Lauge, beibehält. Dieser Sensor umfasst eine Sensormembran, die ein Sensorelement mit mindestens einer Funktionsschicht aufweist, in der ein Lumineszenzfarbstoff enthalten ist. Die Sensormembran umfasst weiter eine Matrix, in der das Sensorelement vollumfänglich eingebettet ist. Die Matrix besteht aus einem Material, das zumindest in einem dem Medium zugewandten und an das Sensorelement angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist. Die Einbettung des Sensorelements in eine Matrix sorgt dafür, dass die Funktionsschichten des Sensorelements zumindest nicht in direkten Kontakt mit aggressiven Medien kommen und schützt die Funktionsschichten zusätzlich vor mechanischer Ablösung. Damit wird die Gefahr einer Beschädigung reduziert und die Alterung der Sensormembran aufgrund des Austragens von Substanzen aus den Funktionsschichten verzögert.Out DE 10 2014 112 972 A1 an optochemical sensor is known which maintains its functionality even under harsh environmental conditions, for example with regular sterilization of the sensor membrane or regular cleaning processes with hot lye. This sensor comprises a sensor membrane which has a sensor element with at least one functional layer in which a luminescent dye is contained. The sensor membrane further comprises a matrix in which the sensor element is fully embedded. The matrix consists of a material which is permeable to the analyte at least in a partial area facing the medium and adjacent to the sensor element. Embedding the sensor element in a matrix ensures that the functional layers of the sensor element at least do not come into direct contact with aggressive media and additionally protects the functional layers against mechanical detachment. This reduces the risk of damage and delays the aging of the sensor membrane due to the discharge of substances from the functional layers.

Trotz dieser Maßnahmen zum Schutz vor Alterung und Beschädigung sind Sensormembranen häufig Verschleißteile, die regelmäßig ersetzt werden müssen. Es gibt beispielsweise optochemische Sensoren, die einen Sensorkörper und eine lösbar mit dem Sensorkörper verbindbare Membrankappe aufweisen. Während der Sensorkörper langlebige optische und elektrische bzw. elektronische Bauteile des Sensors enthält, die der Lumineszenzanregung, der Erfassung von Messsignalen und der Verarbeitung der Messsignale dienen, umfasst die Membrankappe die wesentlich kurzlebigere Sensormembran. Die Membrankappe kann gegen eine neue Membrankappe mit einer neuen, gleichartigen Sensormembran ausgetauscht werden, wenn die Sensormembran beschädigt oder aufgrund von Alterungserscheinungen nicht mehr einsetzbar ist.Despite these measures to protect against aging and damage, sensor membranes are often wearing parts that have to be replaced regularly. For example, there are optochemical sensors that have a sensor body and a membrane cap that can be detachably connected to the sensor body. While the sensor body contains long-lasting optical and electrical or electronic components of the sensor, which are used for luminescence excitation, the acquisition of measurement signals and the processing of the measurement signals, the membrane cap comprises the sensor membrane, which has a much shorter life. The membrane cap can be exchanged for a new membrane cap with a new, similar sensor membrane if the sensor membrane is damaged or can no longer be used due to signs of aging.

Sensormembranen und/oder Membrankappen werden daher häufig selbständig, d.h. ohne einen zugehörigen Sensorkörper, als Zubehör zu optochemischen Sensoren zum Verkauf angeboten. Um eine optimale Funktion eines optochemischen Sensors mit einer solchen auswechselbaren Membrankappe oder einer auswechselbaren Sensormembran zu gewährleisten, sollte darauf geachtet werden, dass nur für die jeweilige Anwendung, in der der Sensor mit der neuen Membran eingesetzt werden soll, geeignete und/oder auf den jeweiligen Sensorkörper abgestimmte Sensormembranen mit dem Sensorkörper zu einem optochemischen Sensor kombiniert werden.Sensor membranes and / or membrane caps are therefore often self-contained, ie without an associated sensor body, as accessories optochemical sensors for sale. In order to ensure the optimal functioning of an optochemical sensor with such a replaceable membrane cap or a replaceable sensor membrane, care should be taken to ensure that it is only suitable and / or for the respective application in which the sensor with the new membrane is to be used Sensor bodies matched sensor membranes can be combined with the sensor body to form an optochemical sensor.

Sind der Sensorkörper und die Sensormembran dagegen für unterschiedliche Anwendungen ausgestattet und spezifiziert (mithin nicht aufeinander abgestimmt), kann die Funktionstüchtigkeit des Sensors, sowohl was die Messung der Analytkonzentration als auch was eventuelle Diagnosefunktionen betrifft, beeinträchtigt sein. Dies gilt in noch höherem Maße, wenn die Sensormembran von minderer Qualität ist oder manipuliert wurde (Produktpiraterie). Eine Verwechslung von Sensormembranen oder die Verwendung von nicht für den Sensorkörper vorgesehenen Sensormembranen möglicherweise minderer Qualität sollte daher so weit wie möglich ausgeschlossen werden. Eine auf einer Verpackung der Sensormembran vorgesehene Kennzeichnung erscheint nicht hinreichend sicher gegenüber unbeabsichtigten Verwechslungen oder Manipulationen.If, on the other hand, the sensor body and the sensor membrane are equipped and specified for different applications (and therefore not coordinated with one another), the functionality of the sensor, both in terms of measuring the analyte concentration and in terms of possible diagnostic functions, may be impaired. This applies even more if the sensor membrane is of poor quality or has been tampered with (product piracy). Confusion of sensor membranes or the use of sensor membranes that may not be of a quality intended for the sensor body should therefore be avoided as far as possible. A label provided on the packaging of the sensor membrane does not appear to be sufficiently secure against accidental confusion or manipulation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine stabile und langlebige Sensormembran für einen optochemischen Sensor und einen optochemischen Sensor mit einer solchen Sensormembran zur Verfügung zu stellen, die eine sichere Kennung zur Identifikation der Sensormembran umfasst, wobei die Kennung idealerweise nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand manipuliert oder gefälscht werden kann.The object of the invention is to provide a stable and long-lasting sensor membrane for an optochemical sensor and an optochemical sensor with such a sensor membrane, which comprises a secure identifier for identifying the sensor membrane, the identifier ideally not or only with very great effort can be manipulated or faked.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensormembran gemäß Anspruch 1, eine Membrankappe gemäß Anspruch 15 und einen optochemischen Sensor gemäß Anspruch 17. Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran eines optochemischen Sensors gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a sensor membrane according to claim 1, a membrane cap according to claim 15 and an optochemical sensor according to claim 17. The invention also comprises a method for testing and / or identifying a sensor membrane of an optochemical sensor according to claim 18. Advantageous embodiments are shown in FIGS dependent claims specified.

Die erfindungsgemäße Sensormembran für einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfasst:

  • - eine Funktionsschicht, welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und
  • - eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist;
wobei die Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene, optisch detektierbare Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran umfasst.The sensor membrane according to the invention for an optochemical sensor for determining a measurement variable correlating with a concentration of an analyte in a measurement fluid comprises:
  • a functional layer which has a first polymer matrix which is doped with a luminescent dye, the emissivity of which can be changed by the analyte after excitation with electromagnetic radiation; and
  • a second polymer matrix in which the functional layer is at least partially encapsulated and which is permeable to the analyte at least in a partial region facing the measuring fluid and adjacent to the functional layer;
wherein the sensor membrane comprises an optically detectable substance different from the luminescent dye for identifying the sensor membrane.

Indem zur Kennzeichnung der Sensormembran eine in der Sensormembran enthaltene optisch detektierbare Substanz verwendet wird, ist eine Identifizierung der Sensormembran durch ein einfaches optisches Prüfverfahren möglich. So lässt sich prüfen, ob eine Sensormembran zur Verwendung mit einem bestimmten Sensorkörper oder zur Verwendung in einer bestimmten Anwendung geeignet ist. In einem speziellen Anwendungsfall kann die Kennzeichnung auch einen Schutz vor Produktpiraterie bieten.By using an optically detectable substance contained in the sensor membrane to identify the sensor membrane, the sensor membrane can be identified by a simple optical test method. In this way it can be checked whether a sensor membrane is suitable for use with a specific sensor body or for use in a specific application. In a special application, the label can also offer protection against product piracy.

Die Funktionsschicht kann als eine ein oder mehrere inselförmige Funktionsschichtelemente aufweisende Schicht gebildet sein.The functional layer can be formed as a layer having one or more island-shaped functional layer elements.

Die zweite Polymermatrix kann aus demselben Polymermaterial gebildet sein wie die erste Polymermatrix. Der Unterschied zwischen der ersten Polymermatrix und der zweiten Polymermatrix besteht dann darin, dass die erste Polymermatrix mit dem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist.The second polymer matrix can be formed from the same polymer material as the first polymer matrix. The difference between the first polymer matrix and the second polymer matrix is then that the first polymer matrix is doped with the luminescent dye.

Die Sensormembran kann ein Schichtpaket mit einer zum Kontakt mit dem Messfluid bestimmten, vorderseitigen Außenfläche und einer rückseitigen Außenfläche, welche mit einem Substrat verbunden ist, aufweisen.The sensor membrane can have a layer package with a front outer surface intended for contact with the measurement fluid and a rear outer surface which is connected to a substrate.

Die zweite Polymermatrix kann die Funktionsschicht in der Weise einkapseln, dass eine erste Schicht der zweiten Polymermatrix die Funktionsschicht überdeckt und eine zweite Schicht der zweiten Polymermatrix zwischen der Funktionsschicht und dem Substrat angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Schicht der zweiten Polymermatrix in einem die Funktionsschicht umgebenden Bereich miteinander chemisch und/oder physikalisch verbunden sind. Die zweite Polymermatrix kapselt die Funktionsschicht zumindest teilweise ein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kapselt die zweite Polymermatrix die Funktionsschicht vollständig ein.The second polymer matrix can encapsulate the functional layer in such a way that a first layer of the second polymer matrix covers the functional layer and a second layer of the second polymer matrix is arranged between the functional layer and the substrate, the first and second layers of the second polymer matrix being in one Functional area surrounding area are chemically and / or physically connected. The second polymer matrix at least partially encapsulates the functional layer. In an advantageous embodiment, the second polymer matrix completely encapsulates the functional layer.

In vorteilhaften Ausgestaltungen können die erste und/oder die zweite Schicht der zweiten Polymermatrix mit der optisch detektierbaren Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran dotiert sein.In advantageous configurations, the first and / or the second layer of the second polymer matrix can be doped with the optically detectable substance for identifying the sensor membrane.

Die erste Polymermatrix der Funktionsschicht kann zusätzlich zur Dotierung mit dem Lumineszenzfarbstoff mit der optisch detektierbaren Substanz zur Kennzeichnung der Sensormembran dotiert sein. In addition to the doping with the luminescent dye, the first polymer matrix of the functional layer can be doped with the optically detectable substance for identifying the sensor membrane.

Die optisch detektierbare Substanz kann ausgewählt sein aus der Gruppe gebildet aus: Metallorganische Verbindungen wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, insbesondere Polyaza[18]annulen-Farbstoffe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) und Metallphthalocyaninkomplexe.The optically detectable substance can be selected from the group consisting of: organometallic compounds such as metal porphyrin complexes, polyazaannulene dyes, in particular polyaza [18] annulene dyes, azaborone dipyrromethenes (AzaBODIPY), boron dipyrromethenes (BODIPY) and metal phthalocyanine complexes.

Die optisch detektierbare Substanz kann sich vom Lumineszenzfarbstoff beispielsweise dadurch unterscheiden, dass sie ein anderes Zentralion und/oder einen oder mehrere andere Liganden umfasst. Handelt es sich bei der optisch detektierbaren Substanz um einen Farbstoff, der zur Lumineszenz angeregt werden kann, ist der Farbstoff vorteilhaft so ausgewählt, dass seine Lumineszenz nicht von derselben Substanz, d.h. demselben Analyten, beeinflusst, z.B. gelöscht oder verstärkt, wird wie die Lumineszenz des Lumineszenzfarbstoffs. Um die Funktion eines die Sensormembran verwendenden optochemischen Sensors nicht zu beeinträchtigen, sollten sich die Emissionsspektren des zur Bestimmung der Analytkonzentration dienenden Lumineszenzfarbstoffs und der optisch detektierbaren Substanz klar, d.h. messbar, unterscheiden. Ein solcher Unterschied kann beispielsweise darin bestehen, dass die optisch detektierbare Substanz mit Strahlung einer ersten Wellenlänge zur Lumineszenz anregbar ist, und der Lumineszenzfarbstoff mit Strahlung einer zweiten Wellenlänge zur Lumineszenz anregbar ist, die sich von der ersten Wellenlänge messbar unterscheidet, wobei die optisch detektierbare Substanz von Strahlung der zweiten Wellenlänge nicht zur Lumineszenz anregbar ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass von der optisch detektierbaren Substanz nach Anregung emittierte Strahlung eine andere Wellenlänge oder einen anderen Wellenlängenbereich aufweist als von dem Lumineszenzfarbstoff nach Anregung emittierte Lumineszenzstrahlung.The optically detectable substance can differ from the luminescent dye, for example, in that it comprises another central ion and / or one or more other ligands. If the optically detectable substance is a dye that can be stimulated to luminescence, the dye is advantageously selected so that its luminescence is not from the same substance, i.e. the same analyte, e.g. extinguished or intensified, like the luminescence of the luminescent dye. In order not to impair the function of an optochemical sensor using the sensor membrane, the emission spectra of the luminescent dye used to determine the analyte concentration and the optically detectable substance should be clear, i.e. measurable, differentiate. Such a difference can consist, for example, in that the optically detectable substance can be excited for luminescence with radiation of a first wavelength, and the luminescent dye can be excited for luminescence with radiation of a second wavelength, which differs measurably from the first wavelength, the optically detectable substance radiation of the second wavelength cannot be excited to luminescence. Another possibility is that the radiation emitted by the optically detectable substance after excitation has a different wavelength or a different wavelength range than the luminescent radiation emitted by the luminescent dye after excitation.

Die optisch detektierbare Substanz kann ein Hochkonversions-Material (photon upconversion material), insbesondere in Form von Nanopartikeln (UCNPs = upconversion nanoparticles), sein.The optically detectable substance can be a high conversion material (photon upconversion material), in particular in the form of nanoparticles (UCNPs = upconversion nanoparticles).

Die optisch detektierbare Substanz kann ein oder mehrere anorganische Lumineszenzpigmente umfassen, die aus einem anorganischen Feststoff bestehen, der selbst Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigt oder mit ein oder mehreren lumineszierenden Ionen dotiert ist, wobei das oder die mehreren lumineszierenden Ionen ausgewählt ist oder sind aus der Gruppe bestehend aus: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ und Au+.The optically detectable substance can comprise one or more inorganic luminescent pigments which consist of an inorganic solid which itself shows donor-acceptor luminescence or charge transfer luminescence or is doped with one or more luminescent ions, the one or more luminescent ions is or are selected from the group consisting of: In + , Sn 2+ , Pb 2+ , Sb 3+ , Bi 3+ , Ce 3+ , Ce 4+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Sm 2+ , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 2+ , Tm 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ , Ti 3+ , V 2+ , V 3+ , V 4+ , Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Fe 3+ , Fe 4+ , Fe 5+ , Co 3+ , Co 4+ , Ni 2+ , Cu + , Ru 2+ , Ru 3+ , Pd 2+ , Ag + , Ir 3+ , Pt 2+ and Au + .

Die optisch detektierbare Substanz kann ein elektrochromes Material umfassen.The optically detectable substance can comprise an electrochromic material.

Die Funktionsschicht kann mit einer für den Analyten durchlässigen Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht abgedeckt sein. Eine solche Schicht kann beispielsweise unmittelbar auf der Funktionsschicht aufgebracht sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht in die die Funktionsschicht umgebende zweite Polymermatrix eingebettet ist, beispielsweise in Form eines in die Polymermatrix eingebetteten Stützgitters. Beispielsweise kann die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht wenigstens teilweise in die die Funktionsschicht abdeckende zweite Polymermatrix eingebettet sein. Die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht kann in sich aus mehreren Einzelschichten bestehen.The functional layer can be covered with a protective, supporting and / or insulating layer which is permeable to the analyte. Such a layer can, for example, be applied directly to the functional layer. Alternatively, it is also possible for the protective, support and / or insulating layer to be embedded in the second polymer matrix surrounding the functional layer, for example in the form of a support grid embedded in the polymer matrix. For example, the protective, supporting and / or insulating layer can be at least partially embedded in the second polymer matrix covering the functional layer. The protective, support and / or insulating layer can consist of several individual layers.

Die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht kann aus einem mit einem Pigment, insbesondere einem dunklen Pigment wie Ruß oder Aktivkohle, dotierten Polymer gebildet sein. Dieses Pigment dient zur Absorption von die Messung störender Strahlung und/oder zum Schutz des Lumineszenzfarbstoffs.The protective, support and / or insulating layer can be formed from a polymer doped with a pigment, in particular a dark pigment such as carbon black or activated carbon. This pigment is used to absorb radiation that is interfering with the measurement and / or to protect the luminescent dye.

Eine Membrankappe eines optochemischen Sensors kann eine Sensormembran nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen und ein, insbesondere zylinderförmiges, Gehäuse umfassen, wobei die Sensormembran an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist.A membrane cap of an optochemical sensor can comprise a sensor membrane according to one of the configurations described above and a, in particular cylindrical, housing, the sensor membrane being arranged on an end face of the housing.

Das Gehäuse kann an seiner der Stirnseite gegenüberliegenden Seite dazu ausgestaltet sein, mit einem Sensorkörper lösbar verbunden zu werden. Der Sensorkörper kann optische Bauteile, z.B. eine Strahlungsquelle und einen Detektor für von dem Lumineszenzfarbstoff der Sensormembran emittierte Lumineszenzstrahlung und eine Sensorschaltung zur Steuerung der Strahlungsquelle und zur Verarbeitung von Signalen des Detektors umfassen. Die Sensorschaltung kann weiter dazu ausgestaltet sein, anhand der Detektorsignale Messsignale zur Bestimmung einer Konzentration eines Analyten zu erzeugen, ggfs. zu verarbeiten, und auszugeben.On its side opposite the end face, the housing can be designed to be detachably connected to a sensor body. The sensor body can be optical components, e.g. comprise a radiation source and a detector for luminescent radiation emitted by the luminescent dye of the sensor membrane and a sensor circuit for controlling the radiation source and for processing signals from the detector. The sensor circuit can also be designed to use the detector signals to generate, possibly process, and output measurement signals for determining a concentration of an analyte.

Die Erfindung umfasst auch einen optochemischen Sensor zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße mit einer Sensormembran nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen, weiter umfassend:

  • - ein Sondengehäuse, welches mindestens einen zum Eintauchen in das Messfluid gestalteten Eintauchbereich aufweist, wobei die Sensormembran, vorzugsweise mittels einer Membrankappe in dem Eintauchbereich des Sondengehäuses angeordnet ist;
  • - eine in dem Sondengehäuse angeordnete Strahlungsquelle zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung in die Sensormembran;
  • - einen in dem Sondengehäuse angeordneten Strahlungsempfänger zum Empfangen von Strahlung, die durch den Lumineszenzfarbstoff und/oder die optisch detektierbare Substanz emittiert wird; und
  • - eine in dem Sondengehäuse angeordnete Sensorschaltung, welche dazu ausgestaltet ist, die Strahlungsquelle zu steuern, Signale des Strahlungsempfängers zu empfangen und auf den Signalen des Strahlungsempfängers basierende Ausgabesignale zu erzeugen und auszugeben.
The invention also comprises an optochemical sensor for determining a measurement variable correlating with a concentration of an analyte in a measurement fluid with a sensor membrane according to one of the configurations described above, further comprising:
  • a probe housing which has at least one immersion area designed for immersion in the measuring fluid, the sensor membrane, preferably by means of a Membrane cap is arranged in the immersion area of the probe housing;
  • a radiation source arranged in the probe housing for irradiating excitation radiation into the sensor membrane;
  • a radiation receiver arranged in the probe housing for receiving radiation which is emitted by the luminescent dye and / or the optically detectable substance; and
  • a sensor circuit arranged in the probe housing, which is designed to control the radiation source, to receive signals from the radiation receiver and to generate and output output signals based on the signals of the radiation receiver.

Wie voranstehend beschrieben, kann das Sondengehäuse mehrteilig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es einen ersten, einen Sensorkörper bildendenden Teil umfassen, in dem die Sensorschaltung, die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger untergebracht sind, und einen zweiten, mit dem ersten Teil lösbar verbindbaren Teil, der die Sensormembran umfasst. Der zweite Teil kann beispielsweise in Form einer Kappe ausgebildet sein. Die beiden Teile des Sondengehäuses können mittels einer Steck-, Klemm- oder Schraubverbindung wieder lösbar miteinander verbindbar sein.As described above, the probe housing can be configured in several parts. For example, it can comprise a first part that forms a sensor body, in which the sensor circuit, the radiation source and the radiation receiver are accommodated, and a second part that can be detachably connected to the first part and that includes the sensor membrane. The second part can be designed, for example, in the form of a cap. The two parts of the probe housing can be releasably connected to one another again by means of a plug, clamp or screw connection.

Zur Messung wird mindestens ein die Sensormembran umfassender Eintauchbereich des Sondengehäuses in das Messfluid, z.B. eine Messflüssigkeit, getaucht.For the measurement, at least one immersion area of the probe housing encompassing the sensor membrane in the measuring fluid, e.g. a measuring liquid, immersed.

Der Sensor kann zur Messung unterschiedlicher Analyte eingerichtet sein, indem er einen Speicher aufweist, in dem der Bestimmung unterschiedlicher Messgrößen, z.B. Konzentrationen unterschiedlicher Analyte, dienende Parameter gespeichert sind. So kann beispielsweise für die Messung der Konzentration eines ersten Analyten (z.B. Sauerstoff), ein erster Parametersatz, umfassend beispielsweise eine Wellenlänge und/oder Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, Kalibrierparameter oder eine Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers, und für die Messung der Konzentration eines zweiten Analyten (z.B. pH-Wert, CO2, Na+, K+) ein zweiter Parametersatz, umfassend beispielsweise eine Wellenlänge und/oder Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, Kalibrierparameter oder eine Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers, hinterlegt sein. Es ist somit möglich, den Sensor durch Austauschen einer ersten Membran, die einen Lumineszenzfarbstoff für die Detektion des ersten Analyten enthält, gegen eine zweite Membran, die einen Lumineszenzfarbstsoff für die Detektion des zweiten Analyten enthält, umzurüsten, wobei für die Messung mittels der Sensorschaltung jeweils der zur Sensormembran passende Parametersatz ausgewählt wird. So kann durch einen derartigen Membrantausch beispielsweise ein Sauerstoffsensor zu einem pH-Sensor umgerüstet werden. Vorteilhaft wird der Membrantausch durch Tausch einer ersten Membrankappe gegen eine zweite Membrankappe bewirkt, wobei die Membrankappen jeweils ausgestaltet sein können, wie weiter oben beschrieben.The sensor can be set up for measuring different analytes in that it has a memory in which parameters serving to determine different measured variables, for example concentrations of different analytes, are stored. For example, for the measurement of the concentration of a first analyte (e.g. oxygen), a first parameter set comprising, for example, a wavelength and / or modulation frequency of the radiation source, calibration parameters or a sensitivity of the radiation receiver, and for the measurement of the concentration of a second analyte (e.g. pH -Value, CO 2 , Na + , K + ) a second parameter set, including, for example, a wavelength and / or modulation frequency of the radiation source, calibration parameters or a sensitivity of the radiation receiver. It is thus possible to convert the sensor by exchanging a first membrane, which contains a luminescent dye for the detection of the first analyte, for a second membrane, which contains a luminescent dye for the detection of the second analyte, in each case for the measurement by means of the sensor circuit the parameter set suitable for the sensor membrane is selected. Such a membrane exchange can be used to convert an oxygen sensor to a pH sensor, for example. The membrane exchange is advantageously brought about by exchanging a first membrane cap for a second membrane cap, it being possible for the membrane caps to be designed as described above.

Vorteilhaft kann die in der Sensormembran enthaltene optisch detektierbare Substanz in diesem Fall dazu dienen, die Art des Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmt werden kann, zu identifizieren. Dies kann automatisiert durch den Sensor selbst geschehen, wie weiter unten noch erläutert werden wird. Anhand der erkannten Sensormembran bzw. der identifizierten Art des Analyten kann der Sensor die für den jeweils mit der Sensormembran zu bestimmenden Analyten dienenden, im Speicher hinterlegten Parameter auswählen und für die Messwertermittlung verwenden.In this case, the optically detectable substance contained in the sensor membrane can advantageously be used to identify the type of analyte that can be determined by means of the sensor membrane. This can be done automatically by the sensor itself, as will be explained further below. On the basis of the recognized sensor membrane or the identified type of analyte, the sensor can select the parameters stored in the memory for the analytes to be determined with the sensor membrane and use them for determining the measured values.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran eines optochemischen Sensors mit einer Funktionsschicht, welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch einen Analyten veränderbar ist, und welche eine zweite Polymermatrix aufweist, in der die Funktionsschicht zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten, und an die Funktionsschicht angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist, umfassend:

  • - Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene optisch detektierbare Substanz enthält.
The invention also relates to a method for testing and / or identifying a sensor membrane of an optochemical sensor with a functional layer which has a first polymer matrix which is doped with a luminescent dye, the emissivity of which can be changed by an analyte after excitation with electromagnetic radiation, and which has a second polymer matrix in which the functional layer is at least partially encapsulated and which is permeable to the analyte at least in a partial region facing the measuring fluid and adjacent to the functional layer, comprising:
  • - Check by means of an optical detection method whether the sensor membrane contains an optically detectable substance that is different from the luminescent dye.

Der Schritt des Prüfens kann folgende Schritte umfassen:

  • - Anregen der optisch detektierbaren Substanz zur Emission von elektromagnetischer Strahlung;
  • - Erfassen eines Signals eines Strahlungsempfängers, der dazu eingerichtet ist, Emissionsstrahlung der in der Sensormembran enthaltenen optisch detektierbaren Substanz zu empfangen und in ein elektrisches Signal zu wandeln; und
  • - Ermitteln anhand des erfassten Signals, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält.
The verification step can include the following steps:
  • - stimulating the optically detectable substance to emit electromagnetic radiation;
  • - Detection of a signal of a radiation receiver which is set up to receive emission radiation from the optically detectable substance contained in the sensor membrane and to convert it into an electrical signal; and
  • - Determine on the basis of the detected signal whether the sensor membrane contains the optically detectable substance.

Wie erwähnt kann die optisch detektierbare Substanz selbst analytsensitiv sein, vorteilhaft ist sie jedoch nicht analytsensitiv, d.h. die bei Anregung der optisch detektierbaren Substanz von dieser emittierte Strahlung wird bezüglich ihrer Wellenlänge, ihrer Intensität oder des Verlaufs ihrer Intensität als Funktion der Zeit von dem Analyten nicht beeinflusst. Idealerweise wird sie in diesem Fall auch nicht von anderen möglichen Inhaltsstoffen der Messflüssigkeit beeinflusst.As mentioned, the optically detectable substance itself can be analytically sensitive, but it is advantageously not analytically sensitive, ie that when the optically detectable substance from this emitted radiation is not influenced by the analyte with regard to its wavelength, its intensity or the course of its intensity as a function of time. In this case, it is ideally not influenced by other possible constituents of the measuring liquid.

Das Anregen der optisch detektierbaren Substanz kann durch Einstrahlen von Anregungsstrahlung einer oder mehrerer spezifischer Wellenlängen in die Sensormembran erfolgen. Das Einstrahlen von Anregungsstrahlung kann mittels einer Strahlungsquelle des Sensors oder einer von dem Sensor unabhängigen Strahlungsquelle, zum Beispiel einer Strahlungsquelle eines Testgeräts, durchgeführt werden. Entsprechend kann das Erfassen des Signals des Strahlungsempfängers mittels eines Strahlungsempfängers des Sensors oder mittels eines von dem Sensor unabhängigen Strahlungsempfängers, z.B. dem eines separaten Testgeräts, durchgeführt werden. Das Ermitteln, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält, kann mittels einer Sensorschaltung des Sensors oder mittels einer Schaltung eines von dem Sensor unabhängigen Testgeräts, das mit dem Strahlungsempfänger verbunden oder verbindbar ist, durchgeführt werden. Hierzu kann ein Anwender oder die Sensorschaltung bzw. die Schaltung des Testgeräts automatisiert eine Charakteristik der vom Strahlungsempfänger empfangenen Strahlung mit einer, beispielsweise in einem Speicher des Sensors oder des Testgeräts hinterlegten, Soll-Charakteristik, z.B. einem oder mehreren Referenzwerten, durchführen. Die Charakteristik kann beispielsweise eine Wellenlänge, eine Intensität, ein Intensitätsverlauf, ein Spektrum oder ein Phasenwinkel sein.The optically detectable substance can be excited by irradiating excitation radiation of one or more specific wavelengths into the sensor membrane. Irradiation of excitation radiation can be carried out using a radiation source of the sensor or a radiation source that is independent of the sensor, for example a radiation source of a test device. Accordingly, the detection of the signal of the radiation receiver by means of a radiation receiver of the sensor or by means of a radiation receiver independent of the sensor, e.g. that of a separate test device. The determination of whether the sensor membrane contains the optically detectable substance can be carried out by means of a sensor circuit of the sensor or by means of a circuit of a test device which is independent of the sensor and which is connected or can be connected to the radiation receiver. For this purpose, a user or the sensor circuit or the circuit of the test device can automatically automate a characteristic of the radiation received by the radiation receiver with a target characteristic, for example stored in a memory of the sensor or the test device, e.g. one or more reference values. The characteristic can be, for example, a wavelength, an intensity, an intensity profile, a spectrum or a phase angle.

Zusätzlich kann ein weiterer Prüfschritt durchgeführt werden, welcher umfasst:

  • - Prüfen mittels eines weiteren, insbesondere optischen oder chemischen, Verfahrens, ob die Sensormembran die optisch detektierbare Substanz enthält.
In addition, a further test step can be carried out, which includes:
  • - Check by means of a further, in particular optical or chemical, method whether the sensor membrane contains the optically detectable substance.

Ergibt der Schritt des Prüfens, dass die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält, kann das Verfahren weiter das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz umfassen. Die Identifikation kann beispielsweise anhand des beim optischen Detektionsverfahrens erfassten Signal des Strahlungsempfängers oder eines daraus abgeleiteten Werts mit einem Katalog von Referenzwerten erfolgen, wobei jeder Referenzwert eine bestimmte optisch detektierbare Substanz repräsentiert. Solche Referenzwerte können z.B. Intensitäten, Phasenwinkel, oder Wellenlängen von Absorptions- oder Lumineszenzmaxima sein. Die Referenzwerte können in einem Speicher des Sensors oder des Testgeräts hinterlegt sein.If the step of checking reveals that the sensor membrane contains an optically detectable substance, the method can further comprise identifying the optically detectable substance. The identification can take place, for example, on the basis of the radiation receiver signal detected in the optical detection method or a value derived therefrom with a catalog of reference values, each reference value representing a specific optically detectable substance. Such reference values can e.g. Intensities, phase angles, or wavelengths of absorption or luminescence maxima. The reference values can be stored in a memory of the sensor or the test device.

Das Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält und, falls das Prüfen ergibt, dass die Sensormembran eine optisch detektierbare Substanz enthält, das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz von dem optochemischen Sensor kann mittels einer Strahlungsquelle und eines Strahlungsempfängers des optochemischen Sensors sowie einer Sensorschaltung und/oder einer mit der Sensorschaltung verbundenen übergeordneten Elektronik durchgeführt werden.Checking by means of an optical detection method whether the sensor membrane contains an optically detectable substance and, if the check shows that the sensor membrane contains an optically detectable substance, identifying the optically detectable substance from the optochemical sensor can be done by means of a radiation source and a radiation receiver of the optochemical Sensor and a sensor circuit and / or a higher-level electronics connected to the sensor circuit can be performed.

Wie beschrieben, bildet die in der Sensormembran enthaltene, optisch detektierbare Substanz eine unverlierbare, nicht manipulierbare Kennzeichnung der Sensormembran. Diese kann nicht nur dazu dienen, die Sensormembran als für eine bestimmte Anwendung geeignet zu identifizieren oder um Produktpiraterie entgegenzutreten. Zusätzlich oder alternativ kann mittels einer in die Sensormembran eingebrachten optisch detektierbaren Substanz auch eine Rückverfolgbarkeit der Sensormembran gewährleistet werden. Dies kann vom Hersteller der Sensormembranen genutzt werden. So kann beispielsweise den über einen gewissen ersten Zeitraum, z.B. über ein Jahr oder über einen Monat, hergestellten Sensormembranen eine erste optisch detektierbare Substanz zugesetzt werden. Nach Beendigung des ersten Zeitraums kann den in einem nachfolgenden zweiten Zeitraum hergestellten Sensormembranen eine zweite, von der ersten verschiedene, optisch detektierbare Substanz zugesetzt werden. Die erste und zweite optisch detektierbare Substanz können so ausgewählt sein, dass sie bei Anregung Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen emittieren oder durch Anregungsstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen zur Emission von Strahlung angeregt werden. Auf diese Weise lassen sich in dem ersten und dem zweiten Zeitraum hergestellte Sensormembranen unterscheiden.As described, the optically detectable substance contained in the sensor membrane forms a captive, non-manipulable identification of the sensor membrane. This can not only serve to identify the sensor membrane as suitable for a certain application or to counter product piracy. Additionally or alternatively, a traceability of the sensor membrane can also be ensured by means of an optically detectable substance introduced into the sensor membrane. This can be used by the manufacturer of the sensor membranes. For example, over a certain first period, e.g. over a year or over a month, a first optically detectable substance can be added to sensor membranes. After the end of the first period, a second, optically detectable substance different from the first can be added to the sensor membranes produced in a subsequent second period. The first and second optically detectable substance can be selected such that they emit radiation of different wavelengths when excited or are excited to emit radiation by excitation radiation of different wavelengths. In this way, sensor membranes produced in the first and the second period can be distinguished.

Analog können auch für unterschiedliche Fertigungschargen von Sensormembranen unterschiedliche optisch detektierbare Substanzen verwendet werden. Dies ermöglicht im Falle von Qualitätsfehlern einzelner Chargen das Auffinden aller Exemplare der betroffenen Chargen.Analogously, different optically detectable substances can also be used for different production batches of sensor membranes. In the event of quality errors in individual batches, this enables all copies of the affected batches to be found.

Weiter kann die Kennzeichnung von Sensormembranen mittels der optisch detektierbaren Substanz genutzt werden, um Sensormembranen, die für die Bestimmung einer Konzentration eines bestimmten Analyten genutzt werden, zu kennzeichnen. So kann beispielsweise eine Sensormembran, die einen zur Detektion eines ersten Analyten dienenden ersten Lumineszenzfarbstoffs aufweist, mit einer ersten optisch detektierbaren Substanz gekennzeichnet sein, während eine Sensormembran, die einen zur Detektion eines zweiten Analyten dienenden zweiten Lumineszenzfarbstoff aufweist, mit einer anderen, zweiten optisch detektierbaren Substanz gekennzeichnet sein kann.Furthermore, the labeling of sensor membranes by means of the optically detectable substance can be used to label sensor membranes which are used for determining a concentration of a specific analyte. For example, a sensor membrane that has a first luminescent dye that is used to detect a first analyte can be labeled with a first optically detectable substance, while a sensor membrane that has a second luminescent dye that is used to detect a second analyte can be labeled with one other, second optically detectable substance can be characterized.

Dies erlaubt es, durch den Wechsel der Sensormembran einen Sensor vollständig automatisiert (im Sinne einer „Plug&Play“-Funktionalität) von einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration des ersten Analyten zu einem Sensor zur Bestimmung der Konzentration des zweiten Analyten umzurüsten. Wie weiter oben beschrieben, kann ein solcher Sensor zur Messung unterschiedlicher Analyte eingerichtet sein, indem er einen Speicher aufweist, in dem der Bestimmung unterschiedlicher Messgrößen, z.B. Konzentrationen unterschiedlicher Analyte, dienende Parameter gespeichert sind. Welche dieser Parameter der Sensor bei einer aktuellen Messung verwendet, kann der Sensor automatisiert ermitteln, indem er, vorzugsweise mittels seiner Strahlungsquelle und seines Strahlungsempfängers in einem ersten Schritt die Prüfung durchführt, ob die aktuell im Sensor verwendete Sensormembran eine von dem Lumineszenzfarbstoff verschiedene optisch detektierbare Substanz enthält. Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass eine solche optisch detektierbare Substanz in der Sensormembran vorliegt, kann der Sensor in einem zweiten Schritt die optisch detektierbare Substanz identifizieren. Hierzu kann beispielsweise das Signal des Strahlungsempfängers oder ein aus dem Signal abgeleiteter Wert bei der optischen Prüfung mit jeweils für verschiedene optisch detektierbare Substanzen repräsentativen Referenzwerten verglichen werden. Jeder Referenzwert entspricht gleichzeitig einem bestimmten Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmbar ist. Anhand einer Übereinstimmung des optischen Signals mit einem der Referenzwerte kann die optisch detektierbare Substanz bzw. der entsprechende Analyt als die durch den Referenzwert repräsentierte Substanz bzw. als der entsprechende Analyt identifiziert werden. Anhand der Identifizierung der Substanz kann der Sensor somit die für die im Folgenden bei Messungen zu verwendenden Parameter auswählen und anwenden.By changing the sensor membrane, this allows a sensor to be converted completely automatically (in the sense of a “plug & play” functionality) from a sensor for determining the concentration of the first analyte to a sensor for determining the concentration of the second analyte. As described above, such a sensor can be set up for measuring different analytes by having a memory in which the determination of different measured variables, e.g. Concentrations of different analytes, serving parameters are stored. The sensor can automatically determine which of these parameters the sensor is using in a current measurement by performing, in a first step, preferably by means of its radiation source and its radiation receiver, the test as to whether the sensor membrane currently used in the sensor is an optically detectable substance different from the luminescent dye contains. In the event that the test reveals that such an optically detectable substance is present in the sensor membrane, the sensor can identify the optically detectable substance in a second step. For this purpose, for example, the signal of the radiation receiver or a value derived from the signal can be compared in the optical test with reference values each representative of different optically detectable substances. Each reference value corresponds at the same time to a specific analyte that can be determined using the sensor membrane. Based on a match of the optical signal with one of the reference values, the optically detectable substance or the corresponding analyte can be identified as the substance represented by the reference value or as the corresponding analyte. Based on the identification of the substance, the sensor can thus select and apply the parameters to be used for measurements below.

Besonders vorteilhaft und einfach ist dieses Verfahren anwendbar, wenn ein Wechsel der Sensormembran mittels eines Membrankappenwechsels, wie weiter oben beschrieben, durchgeführt wird.This method is particularly advantageous and simple to use if the sensor membrane is changed by changing the membrane cap, as described above.

Die Prüfung, ob eine optisch detektierbare Substanz in der Sensormembran enthalten ist, und die Identifizierung der optisch detektierbaren Substanz kann von der Sensorschaltung allein oder von einer mit der Sensorschaltung zur Kommunikation drahtgebunden oder drahtlos verbundenen übergeordneten Einheit, z.B. einem Messumformer oder einem Bediengerät, durchgeführt werden.The check as to whether an optically detectable substance is contained in the sensor membrane and the identification of the optically detectable substance can be carried out by the sensor circuit alone or by a higher-level unit, e.g. wired or wirelessly connected to the sensor circuit for communication, e.g. a transmitter or an operator panel.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen optochemischen Sensor nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 einen optochemischen Sensor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor;
  • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor;
  • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor; und
  • 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Sensormembran für einen optochemischen Sensor.
The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:
  • 1 an optochemical sensor according to a first embodiment;
  • 2nd an optochemical sensor according to a second embodiment;
  • 3rd a first embodiment of a sensor membrane for an optochemical sensor;
  • 4th a second embodiment of a sensor membrane for an optochemical sensor;
  • 5 a third embodiment of a sensor membrane for an optochemical sensor; and
  • 6 a fourth embodiment of a sensor membrane for an optochemical sensor.

In 1 ist schematisch in einer Längsschnittdarstellung ein optochemischer Sensor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Sensor 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Bestimmung einer Konzentration eines in einer Messflüssigkeit gelösten Gases, z.B. von gelöstem Sauerstoff, ausgestaltet. Der Sensor 1 weist ein Sondengehäuse 2 auf, das im hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Das Sondengehäuse 2 ist an seinem stirnseitigen, zum Kontakt mit einem Messmedium bestimmten, Endbereich durch eine Sensormembran 3 verschlossen. Die Sensormembran 3 umfasst unter anderem einen in einer Polymermatrix eingebetteten Lumineszenzfarbstoff, dessen Lumineszenz durch den Analyten, hier z.B. Sauerstoff, gelöscht wird. Der Lumineszenzfarbstoff kann alternativ auch die Eigenschaft haben, dass seine Lumineszenz durch den Analyten verstärkt wird. Dies ist beispielsweise bei der optischen pH-Detektion mit Luminophoren auf Basis des PET-Effekts (PET= Photoinduzierter Elektronentransfer) der Fall. Die Sensormembran 3 kann ein stabilisierendes Substrat und mehrere auf dem Substrat aufgebrachte Schichten aufweisen. Ihr detaillierter Aufbau wird weiter unten anhand der 3 bis 6 näher erläutert werden.In 1 is schematically in a longitudinal sectional view of an optochemical sensor 1 shown according to a first embodiment. The sensor 1 is designed in the present exemplary embodiment for determining a concentration of a gas, for example dissolved oxygen, dissolved in a measuring liquid. The sensor 1 has a probe housing 2nd on, which is configured essentially cylindrical in the embodiment shown here. The probe housing 2nd is at its front end, intended for contact with a measuring medium, through a sensor membrane 3rd locked. The sensor membrane 3rd comprises, inter alia, a luminescent dye embedded in a polymer matrix, the luminescence of which is quenched by the analyte, here, for example, oxygen. Alternatively, the luminescent dye can also have the property that its luminescence is enhanced by the analyte. This is the case, for example, for optical pH detection with luminophores based on the PET effect (PET = photo-induced electron transfer). The sensor membrane 3rd can have a stabilizing substrate and a plurality of layers applied to the substrate. Their detailed structure is shown below using the 3rd to 6 are explained in more detail.

In dem Sondengehäuse 2 ist eine Strahlungsquelle 4 angeordnet, die beispielsweise eine oder mehrere LEDs umfassen kann. In dem Sondengehäuse 2 ist außerdem ein Strahlungsempfänger 5 angeordnet, der beispielsweise eine oder mehrere Fotodioden umfassen kann. Das Sondengehäuse 2 enthält außerdem einen Lichtleiter 6, der von der Strahlungsquelle 4 emittierte Strahlung zu der Sensormembran 3 leitet und von dem in der Sensormembran 3 eingebetteten Lumineszenzfarbstoff emittierte Lumineszenzstrahlung zum Strahlungsempfänger 5 leitet. Der Lichtleiter 6 kann eine oder mehrere optische Fasern umfassen. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lichtleiter 6 durch ein Faserbündel gebildet, das einen ersten Arm 6.1 aufweist, der die Strahlungsquelle 4 mit der Sensormembran 3 verbindet, und das einen zweiten Arm 6.2 aufweist, der den Strahlungsempfänger 5 mit der Sensormembran 3 verbindet. Die Strahlungsquelle 4 und der Strahlungsempfänger 5 sind elektrisch mit einer Sensorschaltung 7 verbunden. Die Sensorschaltung 7 ist dazu ausgestaltet, die Strahlungsquelle 4 zur Emission von Strahlung anzuregen und zu steuern. Weiter ist die Sensorschaltung 7 dazu ausgestaltet, Signale des Strahlungsempfängers 5, die die vom Strahlungsempfänger 5 empfangene Lumineszenzstrahlung repräsentieren, zu empfangen und zu verarbeiten. Die verarbeiteten Signale dienen als Messsignale des Sensors 1 und können von der Sensorschaltung 7 über eine Schnittstelle 8 an eine übergeordnete Einheit, z.B. einen Messumformer, eine Steuerung, einen Computer oder ein Bediengerät, ausgegeben werden. Die Schnittstelle 8 kann eine fest mit der Sensorschaltung 7 verbundene Kabelverbindung, eine lösbare Steckverbindung mit galvanischen Kontakten oder auch eine galvanisch getrennte, insbesondere induktiv koppelnde, Steckverbindung sein. Über das mit der Schnittstelle 8 verbundene Kabel 9 kann die Sensorschaltung 7 mit Energie, auch zum Betreiben der Strahlungsquelle 4, versorgt werden. Des Weiteren kann die Sensorschaltung 7 Signale, insbesondere Daten, über das Kabel 9 an die übergeordnete Einheit übertragen und, optional, Signale, insbesondere Daten, von der übergeordneten Einheit empfangen.In the probe housing 2nd is a source of radiation 4th arranged, which may include one or more LEDs, for example. In the probe housing 2nd is also a radiation receiver 5 arranged, which can include, for example, one or more photodiodes. The probe housing 2nd also contains an optical fiber 6 from the radiation source 4th emitted radiation to the sensor membrane 3rd leads and from that in the sensor membrane 3rd embedded luminescent dye emitted luminescent radiation to the radiation receiver 5 directs. The light guide 6 can be one or more include optical fibers. In the exemplary embodiment shown here, the light guide 6 formed by a bundle of fibers that has a first arm 6.1 which has the radiation source 4th with the sensor membrane 3rd connects, and that a second arm 6.2 having the radiation receiver 5 with the sensor membrane 3rd connects. The radiation source 4th and the radiation receiver 5 are electrical with a sensor circuit 7 connected. The sensor circuit 7 is designed to be the radiation source 4th to stimulate and control the emission of radiation. Next is the sensor circuit 7 designed to receive signals from the radiation receiver 5 that are from the radiation receiver 5 represent, receive and process received luminescent radiation. The processed signals serve as measurement signals from the sensor 1 and can from the sensor circuit 7 via an interface 8th to a higher-level unit, for example a transmitter, a controller, a computer or an operating device. the interface 8th can be a fix with the sensor circuit 7 connected cable connection, a detachable plug connection with galvanic contacts or a galvanically isolated, in particular inductively coupling, plug connection. About that with the interface 8th connected cables 9 can the sensor circuit 7 with energy, also to operate the radiation source 4th , are supplied. Furthermore, the sensor circuit 7 Signals, especially data, over the cable 9 transmitted to the higher-level unit and, optionally, signals, in particular data, received by the higher-level unit.

Die Erfassung von Messwerten und die Auswertung der Signale des Strahlungsempfängers 5 zur Bestimmung eines Messwerts kann zwischen der Sensorschaltung 7 und der übergeordneten Einheit aufgeteilt sein. Beispielsweise kann die Sensorschaltung 7 selbst zur Steuerung der Strahlungsquelle 4 ausgestaltet sein. Hierzu kann sie einen Microcontroller umfassen, der ein in einem Speicher der Sensorschaltung 7 abgelegtes Computerprogramm ausführt, das der Steuerung der Strahlungsquelle 4 zur Erfassung von Messwerten dient. Alternativ kann mindestens ein Teil der Funktionen der Steuerung auch von der übergeordneten Einheit durchgeführt werden, die dann entsprechende Steuersignale zur Betätigung der Strahlungsquelle 4 an die Sensorschaltung 7 sendet. Entsprechend kann der Mikrocontroller zur Verarbeitung der von dem Strahlungsempfänger 5 erfassten Signale ein in einem Speicher der Sensorschaltung 7 abgelegtes Computerprogramm ausführen, das der Auswertung der Signale zur Bestimmung von Messwerten dient. Die entsprechend verarbeiteten Signale können als die Messwerte repräsentierende Messsignale über die Schnittstelle 8 an die übergeordnete Einheit ausgegeben werden.The acquisition of measured values and the evaluation of the signals of the radiation receiver 5 to determine a measured value can be between the sensor circuit 7 and the parent unit. For example, the sensor circuit 7 even to control the radiation source 4th be designed. For this purpose, it can comprise a microcontroller which is in a memory of the sensor circuit 7 stored computer program that executes the control of the radiation source 4th serves to record measured values. Alternatively, at least some of the functions of the control can also be carried out by the higher-level unit, which then generates corresponding control signals for actuating the radiation source 4th to the sensor circuit 7 sends. Correspondingly, the microcontroller can process the radiation from the radiation receiver 5 detected signals in a memory of the sensor circuit 7 Execute the stored computer program that is used to evaluate the signals to determine measured values. The correspondingly processed signals can be measured signals representing the measured values via the interface 8th be output to the higher-level unit.

In Kontakt mit der Messflüssigkeit, die den Analyten in einer bestimmten Konzentration enthält, dringt der Analyt in die Polymermatrix ein und wechselwirkt mit dem Lumineszenzfarbstoff. Wird der Lumineszenzfarbstoff durch Strahlung der Strahlungsquelle 4 zur Emission von Lumineszenzstrahlung angeregt, so wird die Lumineszenz in Abhängigkeit von der Konzentration des Analyten zum Beispiel bei der Sauerstoffdetektion in der Polymermatrix gelöscht. Es ist aber auch der umgekehrte Fall eine Erhöhung der Fluoreszenz bzw. Phosphoresenz möglich (z.B. bei einer optischen pH-Messung). Die Sensorschaltung 7 erfasst mittels des Strahlungsempfängers 5 charakteristische Parameter, wie beispielsweise die Lumineszenzintensität, die Phasenverschiebung des Lumineszenzsignals oder auch die Abklingzeit der Lumineszenz und ermittelt durch Vergleich mit einer Kalibrierfunktion einen Messwert der im Messmedium vorliegenden Analytkonzentration.In contact with the measuring liquid, which contains the analyte in a certain concentration, the analyte penetrates into the polymer matrix and interacts with the luminescent dye. The luminescent dye is emitted by radiation from the radiation source 4th stimulated to emit luminescent radiation, the luminescence is quenched depending on the concentration of the analyte, for example during oxygen detection in the polymer matrix. However, it is also possible to increase the fluorescence or phosphorescence in the opposite case (for example in the case of an optical pH measurement). The sensor circuit 7 detected by means of the radiation receiver 5 characteristic parameters, such as the luminescence intensity, the phase shift of the luminescence signal or also the decay time of the luminescence and determines a measured value of the analyte concentration present in the measuring medium by comparison with a calibration function.

Im Betrieb des Sensors 1 kann die Sensormembran 3 einer Alterung unterliegen, insbesondere wenn sie über ihre Betriebsdauer regelmäßigen Sterilisations- oder Reinigungsprozessen unterzogen wird, bei denen sie hohen Temperaturen und gegebenenfalls auch aggressiven Reinigungsmedien, beispielsweise heißer Natronlauge, ausgesetzt wird. Dabei kann es sogar zu einer Beschädigung der Sensormembran 3 kommen, die einen weiteren Einsatz des Sensors 1 nicht mehr sinnvoll erscheinen lässt. In diesem Fall kann die Sensormembran 3 gegen eine neue Sensormembran 3 ausgetauscht werden. Hierzu muss der Sensor 1 gegebenenfalls für eine längere Zeit außer Betrieb genommen werden, da zum Austausch der Sensormembran 3 das Sondengehäuse 2 geöffnet werden muss.In operation of the sensor 1 can the sensor membrane 3rd are subject to aging, in particular if they are subjected to regular sterilization or cleaning processes over their operating life, in which they are exposed to high temperatures and possibly also aggressive cleaning media, for example hot sodium hydroxide solution. This can even damage the sensor membrane 3rd come that another use of the sensor 1 no longer makes sense. In this case, the sensor membrane 3rd against a new sensor membrane 3rd be replaced. For this, the sensor 1 if necessary, be put out of operation for a longer period of time, as the sensor membrane has to be replaced 3rd the probe housing 2nd must be opened.

In 2 ist eine schematische Längsschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optochemischen Sensors 10 gezeigt. Der Sensor 10 des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch aufgebaut wie der Sensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels (1), jedoch ist ein Austausch der Sensormembran 3 bei diesem Sensor 10 weniger aufwändig. Identisch ausgestaltete Bauteile der Sensoren 1, 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel (1) und nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) werden mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.In 2nd is a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of an optochemical sensor 10th shown. The sensor 10th of the second embodiment is essentially identical to the sensor 1 of the first embodiment ( 1 ), however, is an exchange of the sensor membrane 3rd with this sensor 10th less expensive. Identically designed components of the sensors 1 , 10th according to the first embodiment ( 1 ) and according to the second embodiment ( 2nd ) are identified with identical reference symbols.

Der Sensor 10 weist eine Sensormembran 3 mit einem Lumineszenzfarbstoff, eine Strahlungsquelle 4, einen Strahlungsempfänger 5 und einen als Faserbündel ausgestalteten Lichtleiter 6 auf, der die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsempfänger 5 mit der Sensormembran 3 verbindet, so dass Anregungslicht der Strahlungsquelle 4 auf die Sensormembran 3 trifft und in der Sensormembran 3 von dem Lumineszenzfarbstoff emittierte Lumineszenzstrahlung zu dem Strahlungsempfänger 5 gelangt. Er umfasst auch eine mit der Strahlungsquelle 4 und dem Strahlungsempfänger 5 elektrisch verbundene Sensorschaltung 7, die über eine Schnittstelle 8 mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist. Eine Energieversorgung der Sensorschaltung 7 und eine Übertragung von Daten von der Sensorschaltung 7 an die übergeordnete Einheit erfolgt über ein Kabel 9. Die Sensorschaltung 7 kann analog ausgestaltet sein wie die Sensorschaltung 7 des Sensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und identische Funktionen bereitstellen.The sensor 10th has a sensor membrane 3rd with a luminescent dye, a radiation source 4th , a radiation receiver 5 and an optical fiber designed as a fiber bundle 6 on the the radiation source 4th and the radiation receiver 5 with the sensor membrane 3rd connects so that excitation light of the radiation source 4th on the sensor membrane 3rd hits and in the sensor membrane 3rd luminescent radiation emitted by the luminescent dye to the radiation receiver 5 reached. It also includes one with the radiation source 4th and the radiation receiver 5 electrically connected sensor circuit 7 that have an interface 8th can be connected to a higher-level unit. A power supply for the sensor circuit 7 and a transfer of data from the sensor circuit 7 to the higher-level unit via a cable 9 . The sensor circuit 7 can be configured analogously to the sensor circuit 7 of the sensor 1 according to the first embodiment and provide identical functions.

Der in 2 dargestellte Sensor 10 unterscheidet sich vom Sensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen durch den Aufbau seines Sondengehäuses 11, das hier zweiteilig aufgebaut ist. Es umfasst ein erstes zylindrisches Gehäuseteil, das einen Sensorkörper 12 bildet. Dieser Sensorkörper 12 umfasst die Bauteile des Sensors 10, die eine lange Lebensdauer aufweisen, wie die Sensorschaltung 7 und die optischen Bauteile, d.h. die Strahlungsquelle 4 und den Strahlungsempfänger 5 sowie den Lichtleiter 6. An seinem stirnseitigen Ende kann der Sensorkörper 12 offen sein oder ein für die Anregungsstrahlung und die Lumineszenzstrahlung transparentes Fenster aufweisen.The in 2nd shown sensor 10th differs from the sensor 1 of the first embodiment essentially by the construction of its probe housing 11 , which is built here in two parts. It comprises a first cylindrical housing part, which has a sensor body 12 forms. This sensor body 12 includes the components of the sensor 10th that have a long lifespan, such as the sensor circuit 7 and the optical components, ie the radiation source 4th and the radiation receiver 5 as well as the light guide 6 . At its front end, the sensor body can 12 be open or have a window that is transparent to the excitation radiation and the luminescence radiation.

Das Sondengehäuse 11 umfasst ein zweites Gehäuseteil, das eine Membrankappe 13 bildet. Diese kann lösbar mit dem Sensorkörper 12 verbunden werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verbindung durch eine Schraubverbindung 14 realisiert. Die Membrankappe 13 weist ein zylindrisches Gehäuse auf, das an seinem stirnseitigen Ende die Sensormembran 3 aufweist. Rückseitig weist die Membrankappe ein Gewinde 15 auf, das mit einem komplementären Gewinde 16 des Sensorkörpers 12 zur Bildung der Schraubverbindung 14 zusammenwirkt.The probe housing 11 includes a second housing part that has a membrane cap 13 forms. This can be detached with the sensor body 12 get connected. In the present exemplary embodiment, the connection is by a screw connection 14 realized. The membrane cap 13 has a cylindrical housing, the sensor membrane at its front end 3rd having. The membrane cap has a thread on the back 15 on that with a complementary thread 16 of the sensor body 12 to form the screw connection 14 cooperates.

Dieser Aufbau erlaubt einen einfachen Austausch der Sensormembran 3, indem die Membrankappe 13 durch eine neue, baugleiche Membrankappe 13 ersetzt werden kann. Auf diese Weise erfordert der Austausch der Sensormembran 3 keine längere Außerbetriebnahme des Sensors 10.This structure allows easy replacement of the sensor membrane 3rd by the membrane cap 13 thanks to a new, identical membrane cap 13 can be replaced. In this way, the replacement of the sensor membrane requires 3rd no longer decommissioning the sensor 10th .

Anhand der 3 bis 6 wird nun näher der Aufbau der Sensormembran 3 beschrieben. In 3 ist eine erste mögliche Ausgestaltung der Sensormembran 3 in einer schematischen Längsschnittdarstellung gezeigt. Die Sensormembran 3 umfasst ein Substrat 20, sowie einen auf dem Substrat 20 angeordneten Schichtstapel aus Funktions- und Einkapselungsschichten. Das Substrat 20 kann aus einem für die Anregungs- und Lumineszenzstrahlung transparenten Material bestehen, beispielsweise aus Glas, Keramik, einem Polymer, einer metallorganischen Verbindung oder Zeolith. Das Substratmaterial kann auch eine Hybridstruktur aufweisen und sich aus zumindest zwei Materialien zusammensetzen, die aus den vorgenannten Materialien ausgewählt sind. Dies schließt beispielsweise die Verwendung eines Hybridmaterials aus zwei oder mehr Polymeren oder aus zwei oder mehr verschiedenen Keramiken oder Gläsern ein.Based on 3rd to 6 the structure of the sensor membrane is now becoming closer 3rd described. In 3rd is a first possible configuration of the sensor membrane 3rd shown in a schematic longitudinal sectional view. The sensor membrane 3rd comprises a substrate 20th , as well as one on the substrate 20th arranged stack of layers of functional and encapsulation layers. The substrate 20th can consist of a material which is transparent to the excitation and luminescence radiation, for example made of glass, ceramic, a polymer, an organometallic compound or zeolite. The substrate material may also have a hybrid structure and be composed of at least two materials selected from the aforementioned materials. This includes, for example, the use of a hybrid material made from two or more polymers or from two or more different ceramics or glasses.

Die Sensormembran 3 umfasst weiter eine erste Funktionsschicht 23 aus einem oder mehreren inselförmigen Schichtelementen (in den 3 bis 6 ist nur jeweils ein derartiges inselförmiges Schichtelement dargestellt). Die erste Funktionsschicht 23 besteht aus einer ersten Polymermatrix, in die ein Lumineszenzfarbstoff 24 eingebettet ist. Der Lumineszenzfarbstoff 24 dient als spezifischer Indikator für einen mittels des optochemischen Sensors 1 oder 10 zu erfassenden Analyten. Die erste Polymermatrix kann aus einem Polymer oder einem Polymerblend gebildet sein, der einerseits durchlässig für den Analyten ist, und der andererseits mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 dotierbar ist. In Frage kommt beispielsweise Silikon, poröses oder nicht poröses PVDF, PVF, Teflon AF, Hyflon AD, Nafion, ein Copolymer oder Terpolymer oder n-Polymer mit Polystyroleinheit, z.B. Polystyrol-co-vinylpyridin, Polystyrol-co-vinylpyridin-co-divinylbenzol, oder ein Blend aus mehreren der genannten Polymere.The sensor membrane 3rd further comprises a first functional layer 23 from one or more island-shaped layer elements (in the 3rd to 6 only such an island-shaped layer element is shown). The first functional layer 23 consists of a first polymer matrix, in which a luminescent dye 24th is embedded. The luminescent dye 24th serves as a specific indicator for one using the optochemical sensor 1 or 10th analytes to be detected. The first polymer matrix can be formed from a polymer or a polymer blend which on the one hand is permeable to the analyte and on the other hand with the luminescent dye 24th is doped. For example, silicone, porous or non-porous PVDF, PVF, Teflon AF, Hyflon AD, Nafion, a copolymer or terpolymer or n-polymer with a polystyrene unit, for example polystyrene-co-vinylpyridine, polystyrene-co-vinylpyridine-co-divinylbenzene, or a blend of several of the polymers mentioned.

Die erste Funktionsschicht 23 ist in einer zweiten Polymermatrix eingekapselt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass zwischen dem Substrat 20 und der Funktionsschicht 23 sandwichartig eine erste Schicht 21 der zweiten Polymermatrix angeordnet ist, und dass die erste Funktionsschicht 23 vollständig von einer zweiten Schicht 22 der zweiten Polymermatrix überdeckt ist, derart, dass um das inselförmige Schichtelement der ersten Funktionsschicht 23 herum die erste Schicht 21 und die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix unmittelbar aufeinander liegen und physikalisch und/oder chemisch miteinander verbunden sind. Die zweite Polymermatrix ist zumindest in einem die erste Funktionsschicht 23 überdeckenden Teilbereich der zweiten Schicht 22 für den Analyten durchlässig ausgestaltet. Vorzugsweise ist als Material der zweiten Polymermatrix ein Polymer oder ein Polymerblend ausgewählt, der chemisch stabil bezüglich des Messmediums und bezüglich üblicherweise verwendeter Reinigungsmedien, wie z.B. Natronlauge, ist. Idealerweise, um einen möglichst universellen Einsatz des optochemischen Sensors 1, 10 zu erlauben, ist das Material der zweiten Polymermatrix auch für Anwendungen im Bereich der Lebensmitteltechnik geeignet. Vorteilhaft kann die zweite Polymermatrix aus demselben Material bestehen wie die erste Polymermatrix, jedoch ist die zweite Polymermatrix nicht mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 dotiert. Durch das so erreichte Einkapseln der ersten Funktionsschicht 23 bzw. des darin enthaltenen Lumineszenzfarbstoffs 24 wird die Lebensdauer der Sensormembran 3 verlängert, da die Kapselung eine Schutzfunktion für die erste Funktionsschicht 23 hat. Zum Beispiel wird die Diffusion bzw. das Auswaschen des Lumineszenzfarbstoffs 24 aus der ersten Funktionsschicht 23 heraus von vornherein verzögert. Selbst wenn Lumineszenzfarbstoff 24 aus der ersten Funktionsschicht 23 in die zweite Polymermatrix diffundiert, ändert sich die chemische Umgebung des Lumineszenzfarbstoffs im Wesentlichen nicht, so dass die Sensormembran 3, zumindest eine Zeitlang, ihre Funktionsfähigkeit nicht einbüßt, in dem Sinn, dass die Auswertung der mit der Sensormembran 3 erhaltenen Messsignale basierend auf der Kalibrierfunktion zu Messwerten führt, die noch eine ausreichende Messgüte aufweisen. Damit ist die in 3 dargestellte Sensormembran 3 über längere Zeitspannen einsatzfähig als herkömmliche Sensormembranen, und zwar auch unter rauen Bedingungen.The first functional layer 23 is encapsulated in a second polymer matrix. In the present exemplary embodiment, this is achieved in that between the substrate 20th and the functional layer 23 sandwich a first layer 21st the second polymer matrix is arranged, and that the first functional layer 23 completely from a second layer 22 of the second polymer matrix is covered in such a way that around the island-shaped layer element of the first functional layer 23 around the first layer 21st and the second layer 22 the second polymer matrix lie directly on top of one another and are physically and / or chemically connected to one another. The second polymer matrix is the first functional layer in at least one 23 covering sub-area of the second layer 22 permeable to the analyte. Preferably, a polymer or a polymer blend is selected as the material of the second polymer matrix, which is chemically stable with respect to the measuring medium and with respect to commonly used cleaning media, such as sodium hydroxide solution. Ideally, to make the optochemical sensor as universal as possible 1 , 10th to allow, the material of the second polymer matrix is also suitable for applications in the field of food technology. The second polymer matrix can advantageously consist of the same material as the first polymer matrix, but the second polymer matrix is not coated with the luminescent dye 24th endowed. By encapsulating the first functional layer 23 or the luminescent dye contained therein 24th will the lifespan of the Sensor membrane 3rd lengthened because the encapsulation has a protective function for the first functional layer 23 Has. For example, the diffusion or washing out of the luminescent dye 24th from the first functional layer 23 delayed out from the start. Even if luminescent dye 24th from the first functional layer 23 Diffusing into the second polymer matrix, the chemical environment of the luminescent dye essentially does not change, so that the sensor membrane 3rd , at least for a while, their functionality does not lose, in the sense that the evaluation of the sensor membrane 3rd measurement signals obtained based on the calibration function leads to measurement values which still have a sufficient measurement quality. So that is in 3rd shown sensor membrane 3rd Can be used over longer periods of time than conventional sensor membranes, even under harsh conditions.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix eine zweite Funktionsschicht 25 eingebettet, die beispielsweise eine Schutz-, Stütz- oder Isolationsschicht sein kann. Als Schutzschicht kommt beispielsweise eine Schicht aus einem Umgebungslicht absorbierenden Material, z.B. eine Ruß enthaltende Polymerschicht, in Frage. Als Stützschicht kommt ein mechanisches Stützgitter z.B. aus einem Metall in Frage. Es können selbstverständlich auch weitere Funktionsschichten vorgesehen sein, die in die zweite Polymermatrix eingebettet oder oberhalb oder unterhalb der zweiten Polymermatrix angeordnet sein können.In the present embodiment, the second layer 22 the second polymer matrix a second functional layer 25th embedded, which can for example be a protective, support or insulation layer. For example, a layer made of a material that absorbs ambient light, for example a polymer layer containing carbon black, can be used as a protective layer. A mechanical support grid, for example made of a metal, can be used as the support layer. Of course, further functional layers can also be provided, which can be embedded in the second polymer matrix or arranged above or below the second polymer matrix.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Sensormembran 3 eine abschließende Deckschicht 26 auf. Diese kann aus demselben Polymermaterial gebildet sein wie die zweite Polymermatrix. Sie kann alternativ auch aus einem anderen Polymermaterial gebildet sein. Die Deckschicht 26 ist optional vorhanden, d.h. eine erfindungsgemäße Sensormembran kann auch derart ausgestaltet sein, dass die zweite Polymermatrix dazu bestimmt ist, unmittelbar mit dem Messmedium in Kontakt gebracht zu werden. Die Deckschicht 26 kann aus einem für die bestimmte Anwendung (z.B. im Lebensmittel- oder Pharmabereich) zugelassenen Material bestehen. Das Material der Deckschicht 26 kann auch hinsichtlich seiner Beständigkeit gegenüber chemisch aggressiven Medien oder sonstigen rauen Umgebungsbedingungen, z.B. hohen Temperaturen oder starken mechanische Belastungen, optimiert sein. Die Deckschicht 26 ist mindestens teilweise durchlässig für den Analyten ausgestaltet.In the present exemplary embodiment, the sensor membrane 3rd a final top layer 26 on. This can be formed from the same polymer material as the second polymer matrix. Alternatively, it can also be formed from another polymer material. The top layer 26 is optionally present, ie a sensor membrane according to the invention can also be designed such that the second polymer matrix is intended to be brought into direct contact with the measuring medium. The top layer 26 can consist of a material approved for the specific application (e.g. in the food or pharmaceutical sector). The material of the top layer 26 can also be optimized with regard to its resistance to chemically aggressive media or other harsh environmental conditions, eg high temperatures or high mechanical loads. The top layer 26 is at least partially permeable to the analyte.

In der in 3 dargestellten Ausgestaltung der Sensormembran 3 ist in einem Randbereich der Deckschicht 26, der nicht unmittelbar oberhalb der Funktionsschicht 23 angeordnet ist, eine optisch detektierbare Substanz 27 enthalten.In the in 3rd shown design of the sensor membrane 3rd is in an edge area of the top layer 26 that is not immediately above the functional layer 23 is arranged, an optically detectable substance 27th contain.

Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine stabile organische oder anorganische Substanz oder ein Hybridmaterial aus organischen und/oder anorganischen Substanzen oder ein Gemisch aus organischen und/oder anorganischen Substanzen sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise metallorganische Verbindungen, Metallkomplexe wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, Metallphthalocyaninkomplexe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) oder Mischungen aus diesen Verbindungen. Die optisch detektierbare Substanz 27 ist von dem Lumineszenzfarbstoff 24 verschieden, beispielsweise dadurch, dass sie, falls es sich in beiden Fällen um Metallkomplexe handelt, ein anderes Zentralion und/oder andere Liganden aufweist.The optically detectable substance 27th can be a stable organic or inorganic substance or a hybrid material made of organic and / or inorganic substances or a mixture of organic and / or inorganic substances. Suitable materials are, for example, organometallic compounds, metal complexes such as metal porphyrin complexes, polyazaannulene dyes, metal phthalocyanine complexes, azaborone dipyrromethenes (AzaBODIPY), boron dipyrromethenes (BODIPY) or mixtures of these compounds. The optically detectable substance 27th is from the luminescent dye 24th different, for example in that if it is a metal complex in both cases, it has a different central ion and / or different ligands.

Falls es sich bei der optisch detektierbaren Substanz 27 um eine lumineszierende Substanz handelt, wird ihre Lumineszenz idealerweise nicht durch den mittels der Sensormembran 3 bestimmbaren Analyten beeinflusst, z.B. gelöscht oder erhöht, um eine Interferenz der optisch detektierbaren Substanz 27, die als Kennzeichnung der Sensormembran 3 dient, mit der Erfassung von Messwerten mittels der Sensormembran 3 zu vermeiden. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, da es auch möglich ist, eine Wechselwirkung des Analyten mit der optisch detektierbaren Substanz 27 bei der Kalibrierung des Sensors 1, 10 zu berücksichtigen und bei der Auswertung der Messsignale eine entsprechende Kompensation durchzuführen. Vorteilhaft weisen die Emissionsspektren der optisch detektierbaren Substanz 27 und des Lumineszenzfarbstoffs 24 messbare Unterschiede auf. Beispielsweise kann es sich bei beiden Substanzen um Lumineszenzfarbstoffe handeln, wobei der in der ersten Funktionsschicht 23 enthaltene Lumineszenzfarbstoff 24 beispielsweise Lumineszenzstrahlung einer ersten Wellenlänge emittiert, während die optisch detektierbare Substanz 27 Lumineszenzstrahlung einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge emittiert. Dabei sollte zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge ein Abstand von mindestens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 50 nm liegen.If it is the optically detectable substance 27th is a luminescent substance, its luminescence is ideally not achieved by means of the sensor membrane 3rd determinable analytes influenced, for example deleted or increased, by interference of the optically detectable substance 27th that act as a marking of the sensor membrane 3rd serves with the acquisition of measured values by means of the sensor membrane 3rd to avoid. However, this is not absolutely necessary, since it is also possible for the analyte to interact with the optically detectable substance 27th when calibrating the sensor 1 , 10th to be taken into account and appropriate compensation to be carried out when evaluating the measurement signals. The emission spectra of the optically detectable substance advantageously have 27th and the luminescent dye 24th measurable differences. For example, both substances can be luminescent dyes, the one in the first functional layer 23 luminescent dye contained 24th For example, luminescent radiation of a first wavelength is emitted while the optically detectable substance 27th Luminescence radiation of a second wavelength different from the first wavelength is emitted. There should be a distance of at least 20 nm, preferably at least 50 nm, between the first and the second wavelength.

Die optisch detektierbare Substanz 27 kann auch ein Hochkonversions-Material (engl. Fachbegriff: photon upconversion material) aufweisen. Diese Materialien wandeln in einem Anti-Stokes-Streuungsprozess energieärmere in energiereichere Photonen um. Dabei kann es sich beispielsweise um organische Materialien wie polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe oder anorganische Materialien wie Ionen der d- oder f-Block-Elemente handeln. Vorteilhaft kann die optisch detektierbare Substanz 27 aus Hochkonversions-Nanopartikeln (upconverting nanoparticles) bestehen, z.B. Quantenpunkten (Quantum dots) oder Lanthanoid-dotierten Nanopartikeln wie Fluoriden oder Oxiden, z.B. NaYF4, NaGdF4, LiYF4, YF3, Gd2O3, dotiert mit Er3+, Yb3+, Tm3+ oder mehreren dieser Lanthanide.The optically detectable substance 27th can also have a high conversion material (technical term: photon upconversion material). These materials convert low-energy into higher-energy photons in an anti-Stokes scattering process. These can be, for example, organic materials such as polycyclic aromatic hydrocarbons or inorganic materials such as ions of the d- or f-block elements. The optically detectable substance can be advantageous 27th consist of upconverting nanoparticles, e.g. quantum dots or lanthanoid-doped nanoparticles such as fluorides or oxides, e.g. NaYF 4 , NaGdF 4 , LiYF 4 , YF 3 , Gd 2 O 3 , doped with Er 3+ , Yb 3+ , Tm 3+ or more of these lanthanides.

Die optisch detektierbare Substanz 27 kann in weiteren Ausführungsbeispielen ein stabiles anorganisches Material sein, z.B. ein anorganisches Lumineszenzpigment aus der Reihe der Festphasensubstanzen, die eine Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigen. Sie kann beispielsweise ein oder mehrere Ionen aus der folgenden Gruppe enthalten: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Cr3+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ and Au+. Weiter kann sie ein binäres, ternäres oder quaternäres Halogenid, Oxid, Oxyhalogenid, Sulfid, Oxysulfid, Sulfat, Oxysulfat, Selenid, Nitrid, Oxynitrid, Nitrat, Oxynitrat, Phosphid, Phosphat, Carbonat, Silikat, Oxysilikat, Vanadat, Molybdat, Wolframat, Germanat oder Oxygermanat umfassen. Diese können Kationen der Elemente Li, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Zn, Gd, Lu, AI, Ga und In umfassen.The optically detectable substance 27th can be a stable inorganic material in further exemplary embodiments, for example an inorganic luminescent pigment from the series of solid phase substances which show donor-acceptor luminescence or charge transfer luminescence. For example, it can contain one or more ions from the following group: In + , Sn 2+ , Pb 2+ , Sb 3+ , Bi 3+ , Ce 3+ , Ce 4+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Sm 2 + , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 2+ , Tm 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ , Ti 3+ , V 2+ , V 3+ , V 4+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Fe 3+ , Fe 4+ , Fe 5+ , Co 3+ , Co 4 + , Ni 2+ , Cu + , Ru 2+ , Ru 3+ , Pd 2+ , Ag + , Ir 3+ , Pt 2+ and Au + . It can also be a binary, ternary or quaternary halide, oxide, oxyhalide, sulfide, oxysulfide, sulfate, oxysulfate, selenide, nitride, oxynitride, nitrate, oxynitrate, phosphide, phosphate, carbonate, silicate, oxysilicate, vanadate, molybdate, germanate, tungstenate or include oxygermanate. These can include cations of the elements Li, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Zn, Gd, Lu, AI, Ga and In.

Das anorganische Material kann als Dotierung oder als in der Deckschicht 26 eingebettete Nanopartikel in der Sensormembran 3 vorliegen. Die Dotierung oder die Nanopartikel können eine Bild- oder eine Schrift-Kennzeichnung bilden, z.B. in Form eines Schriftzugs, einer Nummer oder eines Logos, z.B. in Form eines Hologramms.The inorganic material can be used as a doping or in the top layer 26 embedded nanoparticles in the sensor membrane 3rd are available. The doping or the nanoparticles can form an image or a lettering, for example in the form of a lettering, a number or a logo, for example in the form of a hologram.

Die optisch detektierbare Substanz 27 kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein elektrochromes Material sein. Solche Materialien ändern durch einen elektrischen Impuls die Farbe, Beispiele sind Indiumzinnoxid (ITO), Preußisch Blau bzw. Berliner Blau, Lithiumwolframoxid und Fluorzinnoxid. In diesem Fall kann die Sensormembran 3 Elektroden umfassen oder mit Elektroden in Kontakt stehen, über die an die Sensormembran 3 oder an eine die optisch detektierbare Substanz 27 umfassende Schicht der Sensormembran eine Spannung angelegt werden kann, die so bemessen ist, dass eine Farbänderung der optisch detektierbaren Substanz 27 auftritt und optisch detektiert werden kann.The optically detectable substance 27th can also be an electrochromic material in an alternative embodiment. Such materials change color with an electrical impulse, examples are indium tin oxide (ITO), Prussian blue or Berlin blue, lithium tungsten oxide and fluorine tin oxide. In this case, the sensor membrane 3rd Include electrodes or are in contact with electrodes via which to the sensor membrane 3rd or to an optically detectable substance 27th comprehensive layer of the sensor membrane, a voltage can be applied, which is dimensioned such that a color change of the optically detectable substance 27th occurs and can be optically detected.

Es ist auch möglich, als optisch detektierbare Substanz 27 eine Substanz zu verwenden, die unter dem Einfluss einer bestimmten Einflussgröße, z.B. bei Druck- oder Temperaturänderung oder unter Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, ihre Farbe ändert.It is also possible as an optically detectable substance 27th to use a substance that changes its color under the influence of a certain influencing variable, for example when there is a change in pressure or temperature or when irradiated with electromagnetic radiation.

Um eine universelle Einsatzbarkeit der Sensormembran 3 zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn alle verwendeten Materialien bis zu einer Temperatur von mindestens 140°C sterilisierbar und/oder bis mindestens 121°C autoklavierbar, und stabil gegen übliche Reinigungs- und Desinfektionsmittel, wie z.B. Natronlauge oder Ethylendioxid, sind. Vorteilhaft können die verwendeten Materialien auch so ausgewählt sein, dass sie auch einer Sterilisierung mit Gammastrahlung einer Dosis von mindestens 5 kGy standhalten ohne zu degenerieren.For universal use of the sensor membrane 3rd To ensure, it is advantageous if all materials used can be sterilized up to a temperature of at least 140 ° C and / or autoclavable up to at least 121 ° C, and are stable against common cleaning agents and disinfectants, such as sodium hydroxide solution or ethylene dioxide. The materials used can advantageously also be selected such that they can also withstand sterilization with gamma radiation at a dose of at least 5 kGy without degenerating.

Vorteilhaft ist auch die optisch detektierbare Substanz 27 stabil bis zu einer Temperatur von 140°C, sowie chemisch stabil gegen Säuren, Laugen und gängige Desinfektionsmittel wie Ethylenoxid. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, wenn die optisch detektierbare Substanz nur als Kennzeichnung der Sensormembran 3 verwendet werden soll, um bei einem ersten Einbau der Sensormembran 3 deren Herkunft oder deren Eignung zur Verwendung mit einem bestimmten Sensorkörper oder einer bestimmten Anwendung zu überprüfen. Eine spätere Zerstörung der optisch detektierbaren Substanz 27 beim Einsatz des Sensors spielt dann keine Rolle mehr, da eine Detektion der Substanz 27 dann nicht mehr erforderlich ist.The optically detectable substance is also advantageous 27th stable up to a temperature of 140 ° C, as well as chemically stable against acids, bases and common disinfectants such as ethylene oxide. However, this is not absolutely necessary if the optically detectable substance is only used to label the sensor membrane 3rd to be used in the first installation of the sensor membrane 3rd to check their origin or their suitability for use with a specific sensor body or a specific application. A later destruction of the optically detectable substance 27th the use of the sensor then no longer plays a role, since detection of the substance 27th then is no longer required.

In 4 ist eine alternative Ausgestaltung der Sensormembran 3 dargestellt. Gleich ausgestaltete Teile der Sensormembranen gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel und dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind mit gleichen Bezugszeichen dargestellt. Die Sensormembran 3 weist ein Substrat 20 auf und eine erste Funktionsschicht 23 aus einer ersten Polymermatrix mit einem darin immobilisierten Lumineszenzfarbstoff 24, dessen Lumineszenz durch den Analyten gelöscht wird, z.B. bei der Sauerstoffdetektion, oder erhöht wird, z.B. bei der optischen pH-Detektion mit Luminophoren auf Basis des PET-Effekts (PET= Photoinduzierter Elektronentransfer). Die erste Funktionsschicht 23 ist in einer zweiten Polymermatrix eingekapselt, die in zwei Schichten 21, 22 auf das Substrat und die erste Funktionsschicht 23 aufgebracht ist, ganz analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3. In die zweite Schicht 22 der zweiten Polymermatrix ist eine zweite Funktionsschicht 25 mit Ruß-Pigmenten als Schutzschicht vor Umgebungslicht eingebettet. Die Sensormembran 3 ist an ihrem zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmten Ende durch eine Deckschicht 26 abgeschlossen, die über ihren gesamten Querschnitt mit einer optisch detektierbaren Substanz 27 dotiert ist. Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine der mit Bezug zum Ausführungsbeispiel der 3 genannten Substanzen sein. Im Unterschied zu dem anhand von 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei der in 4 dargestellten Sensormembran 3 allerdings darauf zu achten, die optisch detektierbare Substanz 27 so auszuwählen, dass sie nicht mit der Messung der Lumineszenzstrahlung des Lumineszenzfarbstoffs 24 interferiert.In 4th is an alternative embodiment of the sensor membrane 3rd shown. Identically designed parts of the sensor membranes according to the in 3rd illustrated embodiment and the in 4th Embodiment shown are shown with the same reference numerals. The sensor membrane 3rd has a substrate 20th on and a first functional layer 23 from a first polymer matrix with a luminescent dye immobilized therein 24th whose luminescence is quenched by the analyte, for example in oxygen detection, or increased, for example in optical pH detection with luminophores based on the PET effect (PET = photo-induced electron transfer). The first functional layer 23 is encapsulated in a second polymer matrix, in two layers 21st , 22 on the substrate and the first functional layer 23 is applied, completely analogous to the embodiment according to 3rd . In the second shift 22 the second polymer matrix is a second functional layer 25th embedded with soot pigments as a protective layer against ambient light. The sensor membrane 3rd is at its end intended for contact with the measuring medium through a cover layer 26 completed with an optically detectable substance across its entire cross-section 27th is endowed. The optically detectable substance 27th can one of the with reference to the embodiment of the 3rd substances mentioned. In contrast to using 3rd illustrated embodiment is in the in 4th sensor membrane shown 3rd however, pay attention to the optically detectable substance 27th to be selected so that it does not measure the luminescent radiation of the luminescent dye 24th interferes.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensormembran 3 schematisch dargestellt. Die Sensormembran 3 ist identisch ausgestaltet wie die in 3 dargestellte Sensormembran 3 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen identisch ausgestaltete Teile) mit dem einzigen Unterschied, dass die optisch detektierbare Substanz 27 nicht in der Deckschicht 26, sondern in der ersten Schicht 21 der die erste Funktionsschicht 23 mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 kapselnden zweiten Polymermatrix enthalten ist. Diese erste Schicht 21 der zweiten Polymermatrix ist im vorliegenden Beispiel mit der optisch detektierbaren Substanz 27 dotiert. Die optisch detektierbare Substanz 27 kann eine der zuvor genannten Substanzen sein.In 5 is another embodiment of the sensor membrane 3rd shown schematically. The Sensor membrane 3rd is identical to that in 3rd shown sensor membrane 3rd (The same reference numerals designate identical parts) with the only difference that the optically detectable substance 27th not in the top layer 26 but in the first shift 21st which is the first functional layer 23 with the luminescent dye 24th encapsulating second polymer matrix is included. This first layer 21st The second polymer matrix is in the present example with the optically detectable substance 27th endowed. The optically detectable substance 27th can be one of the aforementioned substances.

In 6 ist ein letztes Ausführungsbeispiel der Sensormembran 3 schematisch dargestellt. Auch sie ist identisch ausgestaltet wie die in 3 dargestellte Sensormembran 3 (gleiche Bezugszeichen bezeichnen identisch ausgestaltete Teile) mit dem einzigen Unterschied, dass die optisch detektierbare Substanz 27 nicht in der Deckschicht, sondern in der ersten Funktionsschicht 23 zusammen mit dem Lumineszenzfarbstoff 24 enthalten ist. Auch hier kann die optisch detektierbare Substanz 27 eine der zuvor im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 genannten Substanzen sein.In 6 is a last embodiment of the sensor membrane 3rd shown schematically. It is also identical to that in 3rd shown sensor membrane 3rd (The same reference numerals designate identical parts) with the only difference that the optically detectable substance 27th not in the top layer, but in the first functional layer 23 together with the luminescent dye 24th is included. The optically detectable substance can also be used here 27th one of the previously in connection with the embodiment according to 3rd substances mentioned.

Allen diesen Ausgestaltungen der Sensormembran 3 ist gemeinsam, dass sie eine optisch detektierbare Substanz 27 enthalten, die als unverlierbar mit der Sensormembran 3 verbundene Kennzeichnung dient. Dies kann dazu dienen, bei einem Austausch der Sensormembran 3 zu prüfen, ob die neu einzusetzende Sensormembran geeignet für die Verwendung mit dem Sensor 1, 10 ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Kennzeichnung auch als Schutz vor Fälschungen (Produktpiraterie) oder Manipulation dienen.All of these configurations of the sensor membrane 3rd has in common that it is an optically detectable substance 27th contain that as captive with the sensor membrane 3rd associated labeling. This can serve to replace the sensor membrane 3rd to check whether the new sensor membrane to be used is suitable for use with the sensor 1 , 10th is. Additionally or alternatively, the marking can also serve as protection against counterfeiting (product piracy) or manipulation.

Des Weiteren kann die Kennzeichnung auch zur Überwachung eines Produktionsverfahrens für Sensormembranen bzw. Sensoren dienen, zum Beispiel um Verwechslungen der Sensormembranen während der Produktion, der Lagerung oder dem Vertrieb der Sensormembranen oder von die Sensormembranen umfassendem Zubehör, z.B. Membrankappen, dienen. Die optisch detektierbare Substanz kann insbesondere dazu dienen, eine Rückverfolgbarkeit von an Anwender übergebenen Sensormembranen oder die Sensormembranen umfassenden Zubehörteilen zu ermöglichen. Hierdurch können Kosten, die durch falsch zugeordnete oder falsch in den Sensoren eingebaute Membranen verursacht werden, vermieden werden.Furthermore, the marking can also be used to monitor a production process for sensor membranes or sensors, for example to avoid confusion of the sensor membranes during production, storage or distribution of the sensor membranes or of accessories comprising the sensor membranes, e.g. Membrane caps. The optically detectable substance can in particular serve to enable traceability of sensor membranes passed to users or accessories comprising the sensor membranes. In this way, costs that are caused by incorrectly assigned membranes or membranes incorrectly installed in the sensors can be avoided.

Werden unterschiedliche Produktionschargen von Sensormembranen mit unterschiedlichen optisch detektierbaren Substanzen versehen, wird eine Unterscheidung dieser Produktionschargen voneinander möglich. Zum Beispiel können bei der Feststellung eines in nur einer Produktionscharge aufgetretenen Fehlers alle betroffenen Sensormembranen anhand der diese Produktionscharge kennzeichnenden optisch detektierbaren Substanz identifiziert und aus dem Verkehr genommen werden.If different production batches of sensor membranes are provided with different optically detectable substances, a differentiation between these production batches is possible. For example, if an error occurs in only one production batch, all affected sensor membranes can be identified on the basis of the optically detectable substance that characterizes this production batch and can be removed from circulation.

Die Kennzeichnung kann auch dazu dienen, den Analyten, der mittels der Sensormembran bestimmbar ist, automatisiert zu identifizieren und für die Analytbestimmung dienende Sensorparameter automatisiert einzustellen.The marking can also be used to automatically identify the analyte, which can be determined by means of the sensor membrane, and to automatically set sensor parameters used for the analyte determination.

Zur Prüfung und/oder Identifizierung einer Sensormembran 3 kann in folgender Weise vorgegangen werden: Zum einen kann mittels eines externen Geräts eine optische, zerstörungsfreie Detektion der in der Sensormembran 3 vorliegenden optisch detektierbaren Substanz 27 durchgeführt werden. Zum anderen kann mittels des optochemischen Sensors, in dem die Membran eingesetzt wird, selbst eine optische Detektion der in der Sensormembran 3 vorliegenden optisch detektierbaren Substanz 27 durchgeführt werden. Hierzu kann der Strahlungsempfänger 5 und die Sensorschaltung 7, sowie gegebenenfalls die Strahlungsquelle 4 verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der Sensor einen zusätzlichen Strahlungsempfänger und/oder eine zusätzliche Strahlungsquelle umfasst, die speziell für die Prüfung oder Identifizierung der Sensormembran 3, nicht aber für die Erfassung von Messwerten der Konzentration des im Messbetrieb des Sensors zu bestimmenden Analyten eingesetzt werden. In den 3 bis 6 sind Pfeile eingezeichnet, die die Position der Prüfoptik für die Detektion der optisch detektierbaren Substanz symbolisieren: in den 3, 5 und 6 ist die Prüfoptik substratseitig angeordnet, hier kann die Prüfung also beispielsweise mittels des Strahlungsempfängers 5 und/oder der Strahlungsquelle 4 des Sensors 1,10 erfolgen oder alternativ mit einem gesonderten Prüfgerät. In 4 ist die Prüfoptik deckschichtseitig angeordnet, hier erfolgt die Prüfung also mittels eines zusätzlichen Prüfgeräts.For testing and / or identifying a sensor membrane 3rd can be carried out in the following way: On the one hand, an external, non-destructive detection of the in the sensor membrane can be done by means of an external device 3rd present optically detectable substance 27th be performed. On the other hand, the optochemical sensor in which the membrane is used can itself be used for optical detection in the sensor membrane 3rd present optically detectable substance 27th be performed. The radiation receiver can do this 5 and the sensor circuit 7 , and possibly the radiation source 4th be used. It is also possible for the sensor to comprise an additional radiation receiver and / or an additional radiation source, which is specific for the testing or identification of the sensor membrane 3rd , but not for the acquisition of measured values of the concentration of the analyte to be determined in the measuring operation of the sensor. In the 3rd to 6 arrows are drawn in, which symbolize the position of the test optics for the detection of the optically detectable substance: in the 3rd , 5 and 6 the test optics are arranged on the substrate side, so here the test can be carried out using the radiation receiver, for example 5 and / or the radiation source 4th of the sensor 1 , 10th take place or alternatively with a separate test device. In 4th If the inspection optics are arranged on the top layer side, the inspection is carried out using an additional inspection device.

Optional besteht auch die weitere alternative Möglichkeit, die Sensormembran 3 mittels eines chemischen oder spektroskopischen Verfahrens, das in der Regel unter Zerstörung der Sensormembran 3 erfolgt, zu prüfen. Bevorzugt wird die Prüfung aber zerstörungsfrei durchgeführt. Für besonders schwierige oder kritische Fälle kann eine zerstörende Messung als zusätzlicher Nachweis dienen, zum Beispiel wenn eine zusammenhängende Charge aus einer Vielzahl von Sensormembranen geprüft wird. In diesem Fall kann eine einzelne aus der Vielzahl von Membranen unter Zerstörung überprüft werden, um die Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung der übrigen Membranen zusätzliche abzusichern.There is also an optional alternative, the sensor membrane 3rd by means of a chemical or spectroscopic process, which usually destroys the sensor membrane 3rd to check. However, the test is preferably carried out non-destructively. For particularly difficult or critical cases, a destructive measurement can serve as additional proof, for example if a coherent batch from a large number of sensor membranes is being tested. In this case, one of the large number of membranes can be checked under destruction in order to additionally ensure the results of the non-destructive testing of the other membranes.

Geeignete optische Verfahren zur zerstörungsfreien Messung mit einem Zusatzgerät oder mit den Mitteln des optochemischen Sensors selbst sind zum Beispiel, je nach Art der verwendeten optisch detektierbaren Substanz 27, eine optische Lumineszenzmessung, eine optische Absorptionsmessung oder eine Röntgenmessung. Als zerstörende, insbesondere nasschemische oder spektroskopische, Verfahren kommen Atomabsorptionsspektroskopie oder Flammenemissionsspektroskopie in Frage. Suitable optical methods for non-destructive measurement with an additional device or with the means of the optochemical sensor itself are, for example, depending on the type of optically detectable substance used 27th , an optical luminescence measurement, an optical absorption measurement or an X-ray measurement. Atomic absorption spectroscopy or flame emission spectroscopy come into question as destructive, in particular wet chemical or spectroscopic, methods.

Für optische Lumineszenz- oder Absorptionsmessungen können alle dem Fachmann bekannten Messverfahren genutzt werden, z.B. Detektion einer Intensitätsänderung, eines Phasenwinkels, einer Abklingzeit, einer Absorption oder einer Reflexion. Speziell können folgende Messungen genutzt werden:

  1. a) Emissionssignal oder -spektrum bei Anregung mit einer oder mehreren spezifischen Wellenlänge(n)
  2. b) Absorptionssignal oder -spektrum gemessen in Reflexion
  3. c) Polarisation von durch die optisch detektierbare Substanz emittierter oder von dieser gewandelter Strahlung, messbar mittels eines Polarisationsfilters
  4. d) Optische Signale (z.B. Absorptionssignal gemessen in Reflexion) als Funktion der Temperatur, des Druckes, einer an die Sensormembran angelegten Spannung
  5. e) Visuelle Detektion einer Verfärbung bei Änderung der Temperatur, des Drucks, bei Anlegen einer Spannung
All measuring methods known to the person skilled in the art can be used for optical luminescence or absorption measurements, for example detection of an intensity change, a phase angle, a decay time, an absorption or a reflection. The following measurements can be used in particular:
  1. a) emission signal or spectrum when excited with one or more specific wavelength (s)
  2. b) absorption signal or spectrum measured in reflection
  3. c) Polarization of radiation emitted by or converted by the optically detectable substance, measurable by means of a polarization filter
  4. d) Optical signals (eg absorption signal measured in reflection) as a function of the temperature, the pressure, a voltage applied to the sensor membrane
  5. e) Visual detection of a discoloration when the temperature, the pressure changes, when a voltage is applied

Besonders sicher kann eine Identifizierung oder Prüfung erfolgen, indem mehr als ein Messverfahren angewendet wird. Beispielsweise können zwei verschiedene zerstörungsfreie optische Verfahren zur optischen Detektion der optisch detektierbaren Substanz eingesetzt werden, z.B. eine Lumineszenzmessung und eine Absorptionsmessung in Reflexion, oder zwei Lumineszenzmessungen, bei denen unterschiedliche Parameter detektiert werden, z.B. ein Phasenwinkel und eine Abklingzeit.Identification or testing can be carried out particularly reliably by using more than one measurement method. For example, two different non-destructive optical methods can be used to optically detect the optically detectable substance, e.g. one luminescence measurement and one absorption measurement in reflection, or two luminescence measurements in which different parameters are detected, e.g. a phase angle and a decay time.

In einer weiteren vorteilhaften Variante kann die optisch detektierbare Substanz 27 durch Umgebungsbedingungen, die zu einer überdurchschnittlichen Verkürzung der Lebensdauer der Sensormembran 3 führen, wie beispielsweise höhere Temperaturen als per Spezifikation zulässig, oder sonstige nicht-sachgerechte Behandlung des Sensors, irreversibel veränderlich sein. Auf diese Weise lässt sich durch eine Prüfung der optisch detektierbaren Substanz ein Rückschluss auf die Restlebensdauer der Sensormembran ziehen.In a further advantageous variant, the optically detectable substance 27th due to environmental conditions that lead to an above-average shortening of the life of the sensor membrane 3rd lead, such as higher temperatures than permitted by specification, or other improper handling of the sensor, irreversibly changeable. In this way, an examination of the optically detectable substance allows conclusions to be drawn about the remaining service life of the sensor membrane.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
optochemischer Sensoroptochemical sensor
22nd
SondengehäuseProbe housing
33rd
SensormembranSensor membrane
44th
StrahlungsquelleRadiation source
55
StrahlungsempfängerRadiation receiver
66
LichtleiterLight guide
6.16.1
erster Armfirst arm
6.26.2
zweiter Armsecond arm
77
SensorschaltungSensor circuit
88th
Schnittstelleinterface
99
Kabelelectric wire
1010th
optochemischer Sensoroptochemical sensor
1111
SondengehäuseProbe housing
1212
SensorkörperSensor body
1313
MembrankappeMembrane cap
1414
SchraubverbindungScrew connection
1515
Gewindethread
1616
Gewindethread
2020th
SubstratSubstrate
2121st
erste Schichtfirst layer
2222
zweite Schichtsecond layer
2323
erste Funktionsschichtfirst functional layer
2424th
LumineszenzfarbstoffLuminescent dye
2525th
zweite Funktionsschichtsecond functional layer
2626
DeckschichtTop layer
2727th
optisch detektierbare Substanzoptically detectable substance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014112972 A1 [0005]DE 102014112972 A1 [0005]

Claims (22)

Sensormembran (3) für einen optochemischen Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße, umfassend: - eine Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch den Analyten veränderbar ist; und - eine zweite Polymermatrix, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene, optisch detektierbare Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) umfasst.Sensor membrane (3) for an optochemical sensor (1, 10) for determining a measurement variable correlating with a concentration of an analyte in a measuring fluid, comprising: - a functional layer (23) which has a first polymer matrix which doped with a luminescent dye (24) is whose emissivity can be changed by the analyte after excitation with electromagnetic radiation; and - a second polymer matrix in which the functional layer (23) is at least partially encapsulated and which is permeable to the analyte at least in a partial area facing the measuring fluid and adjacent to the functional layer (23); characterized in that the sensor membrane (3) comprises an optically detectable substance (27), different from the luminescent dye (24), for identifying the sensor membrane (3). Sensormembran (3) nach Anspruch 1, wobei die Funktionsschicht (23) als eine ein oder mehrere inselförmige Funktionsschichtelemente aufweisende Schicht gebildet ist.Sensor membrane (3) after Claim 1 , wherein the functional layer (23) is formed as a layer having one or more island-shaped functional layer elements. Sensormembran (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Polymermatrix aus demselben Polymermaterial gebildet ist wie die erste Polymermatrix.Sensor membrane (3) after Claim 1 or 2nd , wherein the second polymer matrix is formed from the same polymer material as the first polymer matrix. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensormembran (3) ein Schichtpaket mit einer zum Kontakt mit dem Messfluid bestimmten, vorderseitigen Außenfläche und einer rückseitigen Außenfläche, welche mit einem Substrat (2) verbunden ist, aufweist.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 3rd The sensor membrane (3) has a layer package with a front outer surface intended for contact with the measurement fluid and a rear outer surface which is connected to a substrate (2). Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Polymermatrix die Funktionsschicht (23) in der Weise einkapselt, dass eine erste Schicht (21) der zweiten Polymermatrix die Funktionsschicht (23) überdeckt und eine zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix zwischen der Funktionsschicht (23) und dem Substrat (20) angeordnet ist, und wobei die erste (21) und die zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix in einem die Funktionsschicht (23) umgebenden Bereich miteinander chemisch und/oder physikalisch verbunden sind.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the second polymer matrix encapsulates the functional layer (23) in such a way that a first layer (21) of the second polymer matrix covers the functional layer (23) and a second layer (22) of the second polymer matrix between the functional layer (23) and the substrate (20) is arranged, and wherein the first (21) and the second layer (22) of the second polymer matrix are chemically and / or physically connected to one another in a region surrounding the functional layer (23). Sensormembran (3) nach Anspruch 5, wobei die erste (21) und/oder die zweite Schicht (22) der zweiten Polymermatrix mit der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) dotiert ist/sind.Sensor membrane (3) after Claim 5 , wherein the first (21) and / or the second layer (22) of the second polymer matrix is / are doped with the optically detectable substance (27) for identifying the sensor membrane (3). Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Polymermatrix der Funktionsschicht (23) zusätzlich zur Dotierung mit dem Lumineszenzfarbstoff (24) mit der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Kennzeichnung der Sensormembran (3) dotiert ist.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 6 The first polymer matrix of the functional layer (23) is additionally doped with the optically detectable substance (27) for identification of the sensor membrane (3) in addition to the doping with the luminescent dye (24). Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet aus: Metallorganische Verbindungen wie Metallporphyrinkomplexe, Polyazaannulenfarbstoffe, insbesondere Polyaza[18]annulen-Farbstoffe, Azaborondipyrromethene (AzaBODIPY), Borondipyrromethene (BODIPY) und Metallphthalocyaninkomplexe.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the optically detectable substance (27) is selected from the group consisting of: organometallic compounds such as metal porphyrin complexes, polyazaannulene dyes, in particular polyaza [18] annulene dyes, azaborone dipyrromethenes (AzaBODIPY), boron dipyrromethenes (BODIPY) and metal phthalocyanine complexes. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein Hochkonversions-Material (photon upconversion material), insbesondere in Form von Nanopartikeln (UCNPs), ist.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the optically detectable substance (27) is a high conversion material (photon upconversion material), in particular in the form of nanoparticles (UCNPs). Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein oder mehrere anorganische Lumineszenzpigmente umfasst, die aus einem anorganischen Feststoff bestehen, der selbst Donor-Akzeptor-Lumineszenz oder Charge-Transfer-Lumineszenz zeigt oder mit ein oder mehreren lumineszierenden Ionen dotiert ist, wobei das oder die mehreren lumineszierenden Ionen ausgewählt ist oder sind aus der Gruppe bestehend aus: In+, Sn2+, Pb2+, Sb3+, Bi3+, Ce3+, Ce4+, Pr3+, Nd3+, Sm2+, Sm3+, Eu2+, Eu3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm2+, Tm3+, Yb2+, Yb3+, Ti3+, V2+, V3+, V4+, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+, Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+, Ni2+, Cu+, Ru2+, Ru3+, Pd2+, Ag+, Ir3+, Pt2+ und Au+.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the optically detectable substance (27) comprises one or more inorganic luminescent pigments which consist of an inorganic solid which itself shows donor-acceptor luminescence or charge transfer luminescence or is doped with one or more luminescent ions, the or the plurality of luminescent ions is selected or are selected from the group consisting of: In + , Sn 2+ , Pb 2+ , Sb 3+ , Bi 3+ , Ce 3+ , Ce 4+ , Pr 3+ , Nd 3+ , Sm 2+ , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Tm 2+ , Tm 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ , Ti 3+ , V 2+ , V 3+ , V 4+ , Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Fe 3+ , Fe 4+ , Fe 5+ , Co 3+ , Co 4+ , Ni 2+ , Cu + , Ru 2+ , Ru 3+ , Pd 2+ , Ag + , Ir 3+ , Pt 2+ and Au + . Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optisch detektierbare Substanz (27) ein elektrochromes Material umfasst.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the optically detectable substance (27) comprises an electrochromic material. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Funktionsschicht (23) mit einer für den Analyten durchlässigen Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) abgedeckt ist.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 11 The functional layer (23) is covered with a protective, support and / or insulating layer (25) which is permeable to the analyte. Sensormembran (3) nach Anspruch 12, wobei die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) wenigstens teilweise in die die Funktionsschicht abdeckende zweite Polymermatrix eingebettet ist.Sensor membrane (3) after Claim 12 , wherein the protective, support and / or insulating layer (25) is at least partially embedded in the second polymer matrix covering the functional layer. Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Schutz-, Stütz- und/oder Isolierschicht (25) aus einem mit einem Pigment, insbesondere einem dunklen Pigment wie Ruß oder Aktivkohle, dotierten Polymer gebildet ist.Sensor membrane (3) according to one of the Claims 12 or 13 , wherein the protective, support and / or insulating layer (25) is formed from a polymer doped with a pigment, in particular a dark pigment such as carbon black or activated carbon. Membrankappe (13) für einen optochemischen Sensor (1, 10), umfassend: eine Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und ein, insbesondere zylinderförmiges, Gehäuse, wobei die Sensormembran an einer Stirnseite des Gehäuses (3) angeordnet ist.Membrane cap (13) for an optochemical sensor (1, 10), comprising: a sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 14 and a, in particular cylindrical, housing, the sensor membrane being arranged on an end face of the housing (3). Membrankappe (13) nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse an seiner der Stirnseite gegenüberliegenden Seite dazu ausgestaltet ist, mit einem Sensorkörper (12) lösbar verbunden zu werden. Membrane cap (13) Claim 15 , The housing on its side opposite the end face being designed to be releasably connected to a sensor body (12). Optochemischer Sensor (1, 10) zur Bestimmung einer mit einer Konzentration eines Analyten in einem Messfluid korrelierenden Messgröße mit einer Sensormembran (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiter umfassend: - ein Sondengehäuse (11), welches mindestens einen zum Eintauchen in das Messfluid gestalteten Eintauchbereich aufweist, wobei die Sensormembran (3), vorzugsweise mittels einer Membrankappe (13), in dem Eintauchbereich des Sondengehäuses (11) angeordnet ist; - eine in dem Sondengehäuse (11) angeordnete Strahlungsquelle (4) zum Einstrahlen von Anregungsstrahlung in die Sensormembran (3); - einen in dem Sondengehäuse (11) angeordneten Strahlungsempfänger (5) zum Empfangen von Strahlung, die durch den Lumineszenzfarbstoff (24) und/oder die optisch detektierbare Substanz (27) emittiert wird; - eine in dem Sondengehäuse (11) angeordnete Sensorschaltung (11), welche dazu ausgestaltet ist, die Strahlungsquelle (4) zu steuern, Signale des Strahlungsempfängers (5) zu empfangen und auf den Signalen des Strahlungsempfängers (5) basierende Ausgabesignale zu erzeugen und auszugeben.Optochemical sensor (1, 10) for determining a measurement variable correlating with a concentration of an analyte in a measuring fluid with a sensor membrane (3) according to one of the Claims 1 to 14 , further comprising: - a probe housing (11) which has at least one immersion area designed for immersion in the measurement fluid, the sensor membrane (3), preferably by means of a membrane cap (13), being arranged in the immersion area of the probe housing (11); - A radiation source (4) arranged in the probe housing (11) for irradiating excitation radiation into the sensor membrane (3); - A radiation receiver (5) arranged in the probe housing (11) for receiving radiation which is emitted by the luminescent dye (24) and / or the optically detectable substance (27); - A in the probe housing (11) arranged sensor circuit (11), which is designed to control the radiation source (4), receive signals from the radiation receiver (5) and to generate and output output signals based on the signals of the radiation receiver (5) . Verfahren zum Prüfen und/oder Identifizieren einer Sensormembran (3) eines optochemischen Sensors (1, 10) mit einer Funktionsschicht (23), welche eine erste Polymermatrix aufweist, die mit einem Lumineszenzfarbstoff (24) dotiert ist, dessen Emissionsvermögen nach einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung durch einen Analyten veränderbar ist, und welche eine zweite Polymermatrix aufweist, in der die Funktionsschicht (23) zumindest teilweise eingekapselt ist, und die zumindest in einem dem Messfluid zugewandten, und an die Funktionsschicht (23) angrenzenden Teilbereich für den Analyten durchlässig ist, umfassend: - Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran (3) eine von dem Lumineszenzfarbstoff (24) verschiedene optisch detektierbare Substanz (27) enthält.Method for testing and / or identifying a sensor membrane (3) of an optochemical sensor (1, 10) with a functional layer (23) which has a first polymer matrix which is doped with a luminescent dye (24), the emissivity of which after excitation with electromagnetic Radiation can be changed by an analyte, and which has a second polymer matrix in which the functional layer (23) is at least partially encapsulated, and which is permeable to the analyte in at least one partial area facing the measuring fluid and adjacent to the functional layer (23), full: - Using an optical detection method, check whether the sensor membrane (3) contains an optically detectable substance (27) that is different from the luminescent dye (24). Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Prüfens umfasst: - Anregen der optisch detektierbaren Substanz (27) zur Emission von elektromagnetischer Strahlung; - Erfassen eines Signals eines Strahlungsempfängers (5), der dazu eingerichtet ist, Emissionsstrahlung der in der Sensormembran (3) enthaltenen optisch detektierbaren Substanz (27) zu empfangen und in ein elektrisches Signal zu wandeln; und - Ermitteln anhand des erfassten Signals, ob die Sensormembran (3) die optisch detektierbare Substanz (27) enthält.Procedure according to Claim 18 , the step of testing comprising: - exciting the optically detectable substance (27) to emit electromagnetic radiation; - Detecting a signal of a radiation receiver (5) which is set up to receive emission radiation from the optically detectable substance (27) contained in the sensor membrane (3) and to convert it into an electrical signal; and - determining on the basis of the detected signal whether the sensor membrane (3) contains the optically detectable substance (27). Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich ein weiterer Prüfschritt durchgeführt wird, welcher umfasst: - Prüfen mittels eines weiteren, insbesondere optischen oder chemischen, Verfahrens, ob die Sensormembran (3) die optisch detektierbare Substanz (27) enthält.Procedure according to Claim 19 , In addition, a further test step is carried out, which comprises: - Using a further, in particular optical or chemical, method to check whether the sensor membrane (3) contains the optically detectable substance (27). Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, weiter umfassend das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz (27).Procedure according to one of the Claims 18 to 20th , further comprising identifying the optically detectable substance (27). Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Prüfen mittels eines optischen Detektionsverfahrens, ob die Sensormembran (3) eine optisch detektierbare Substanz (27) enthält und, falls das Prüfen ergibt, dass die Sensormembran (3) eine optisch detektierbare Substanz (27) enthält, das Identifizieren der optisch detektierbaren Substanz von dem optochemischen Sensor (1, 10) mittels einer Strahlungsquelle (4) und eines Strahlungsempfängers (5) des Sensors sowie einer Sensorschaltung (11) durchgeführt wird.Procedure according to Claim 21 , wherein checking by means of an optical detection method as to whether the sensor membrane (3) contains an optically detectable substance (27) and, if the check shows that the sensor membrane (3) contains an optically detectable substance (27), identifying the optically detectable Substance is carried out by the optochemical sensor (1, 10) by means of a radiation source (4) and a radiation receiver (5) of the sensor and a sensor circuit (11).
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